|
إتحاف النجباء بشرح أسس الكهرباء ( شرح الكهربية والمغناطيسية )
الحمد لله وكفى ، والصلاة والسلام على النبي المصطفى وعلـــــــى آلـــه وصحــــبه ومن أقتــــفى ، وبعــــــــد : أخوتي النجباء .. النــبلاء ... الكرمــاء ... الفضــلاء ... الســـــــلام عـليكــــــم ورحمـــــــة الله وبركاتـــــــــــــه بين أيديــــكم الشـــرح المـــتواضع لأسس الكهربــــاء ، " إتحاف النجباء بشرح أسس الكهرباء " و كالعادة وقبل البدء أذكر بالتنظيمات التالية : ( 1 ) هذا الموضــوع هو للنقاش حول الفيزياء الكهربية وآمل أن تكون جميع الردود بإضافة تعليق أو تساؤل أو استفسار ( واسمحوا لي أن أخفي كل ردّ لا يحمل تعليق أو تساؤل ) ( 2 ) بالتأكيد لست كفؤا للردّ على جميع التســاؤلات ،لــذلك سيتكرم أستاذنا د. مازن العبادلة ( المتفيزق ) بالرد والإجابة ، و كذالك فإن باب الردّ مفتوح للجميع. ( 3 ) بعض ما يرد في الشرح هو من فهمي ، و يحتمل الخطأ فإن ورد خطأ ، فسيتم بإذن الله تعالى تعديله ، كما أنه سيحدّث باستمرار، لأضيف كل ما أجده من صور وفلاشات وفيديو و... الخ ) لحفظ جميع الفلاشات في هذا الموضوع ، أنظر إلى المشاركة رقم 3 |
رد: إتحاف النجباء بشرح أسس الكهرباء ( شرح تفصيلي مع مناقشة شاملة للفصول : 5 ، 6 ، 7 ،
تمهيد : عندما يسمع الناس كلمة كهرباء يتبادر إلى أذهانهم المصباح والتلفاز وفرن المايكروويف والحاسوب وغيرها من الأجهزة المفيدة، ولكن للكهرباء أهمية بالغة أكثر من ذلك بكثير ، فهي : 1 - من أهم مصادر الطاقة التي ساهمت في التقدم الحضاري والتكنولوجي الذي نعيشه ، لأنها تمكننا من إنتاج الحرارة ، والضوء ، والحركة ، فقد استطاع الناس خلال القرن التاسع عشر تسخير الكهرباء لأداء الأعمال. وكان لهذا المصدر الجديد للطاقة تطبيقات عملية كثيرة، ساهمت كثيرًا في تغيير حياة الناس، حيث تمكن المخترعون والعلماء من توليد الطاقة الكهربائية بكميات كبيرة، واكتشفوا طرق استخدام هذه الطاقة في إنتاج الضوء والحرارة والحركة، وصمموا أجهزة كهربائية مكنت الناس من الاتصال عبر المسافات البعيدة، ومعالجة المعلومات بسرعة فائقة. وقد ازداد الطلب على الكهرباء خلال القرن العشرين إلى درجة أن الناس اليوم لا يستطيعون تخيل شكل الحياة في حالة عدم وجود الطاقة الكهربائية. 2 - تلعب القوى الكهربائية بين الشحنات في المادة دورا أساسيا في تحديد خواص المادة ، لأنها تتحكم في ترابط الإلكترونات والبروتونات في الذرة ، كما أنها مسؤولة عن ترابط الذرات مع بعضها بعضا لتكوين جزيئات المادة . 3- تكون الكهربائية والمغناطيسية معًا قوة تسمى الكهرومغناطيسية، وهي من القوى الأساسية في الكون ، وبذلك تحدد الكهرباء تركيب وخصائص كل الموجودات. 4 - ترتبط الكهرباء أيضًا بالعديد من العمليات البيولوجية. ففي جسم الإنسان تنتقل الإشارات الكهربائية عبر الأعصاب، حاملة المعلومات من الدماغ وإليه، حيث تساعد هذه الإشارات الدماغ على تحديد ما تراه العين، وتسمعه الأذن، وتتحسسه الأصابع. وهذه الإشارات هي التي تسبب حركة العضلات ونبض القلب، كما تنظم معدل النبض. ويمكن فهم التطبيقات الكهربائية و كذلك تفسير معظم الظواهر الطبيعية المرتبطة بالكهرباء ، من خلال المفاهيم والأسس الكهربائية التي سأتطرق بإذن الله تعالى إلى شرحها مستعينا بالله أولا وأخرا ، ثم ببعض المراجع ووسائل المحاكاة الحديثة من فلاشات وجافا وفيديو وصور . تنقسم النظريات في الفيزياء الكهربائية إلى قسمين أساسين هما : الجزء الأول : الكهرباء الساكنة ( Electrostatics ) وسنشرح فيها الموضوعات التالية : المحاضرة الأولى : الشحنة الكهربائية الجزء الثاني : الكهرباء المتحركة وسنشرح فيها - خلال هذا الفصل والفصل القادم بإذن الله تعالى - الموضوعات التالية : المحاضرة التاسعة : التيار الكهربائي http://www.geocities.com/ns1427/Electronas.jpg لحفظ جميع الفلاشات في هذا الشرح ( أضغط على الروابط التالية ) : الفلاشات - الجزء الأول الفلاشات - الجزء الثاني الفلاشات - الجزء الثالث |
رد: إتحاف النجباء بشرح أسس الكهرباء ( شرح تفصيلي مع مناقشة شاملة للفصول : 5 ، 6 ، 7 ،
1 مرفق
الشحنة الكهربائية Electric charge تتكون المادة من ذرات ، وتتكون الذرة من إلكترونات وبروتونات ونيوترونات ، ومن المعلوم أن الذرة متعادلة كهربائيا ( أي أنها غير مشحونة ) وذلك لأن الإلكترون يحمل شحنة سالبة والبروتون يحمل شحنة موجبة وهذان النوعان من الشحنات متعادلين في المقدار ولكنهما متعاكسين في الإشارة ، و لكن عندما تفقد الذرة بعضا من إلكتروناتها فإنها تكتسب شحنة موجبة ، وعندما تكتسب الذرة عددا من الإلكترونات فإنها تكتسب شحنة سالبة . وبالتالي فإن كل الأجسام التي من حولنا تحتوي على أعداد هائلة من الشحنات الكهربائية ، وهي في حالة من التعادل الكهربائي ، أي أن الشحنات بكميتها الموجبة تعادل وتساوي الشحنات بكميتها السالبة ويُقال عن الجسم أنه متعادل كهربائياً . وإذا كانت الكميتان مختلفتين فإننا نحصل على حالة عدم التعادل وعندئذ نحصل على الأجسام المشحونة إما بشحنة سالبة أو شحنة موجبة . وأدى معرفة التأثير المتبادل لهذين النوعين المختلفين من الشحنات الكهربائية إلى صياغة القانونين المعروفين : القانون الأول : الشحنات المتشابهة تتنافر فيما بينها . القانون الثاني : الشحنات غير المتشابهة تتجاذب فيما بينها . http://arbshare.com//images/ArbShaRe-10669366.jpg [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro01.swf"]width=400 height=350[/FLASH] [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro09.swf"]width=400 height=350[/FLASH] وبعد اعتماد الحقيقة العلمية حول البنية الذرية للمادة واكتشاف كل من النواة والإلكترون أصبحت المعلومات في هذا الصدد متوافرة وبشكل مُفيد ومجد للغاية فقد ترتب على ذلك معرفة الشحنة الأولية ( الأساسية ) والمقصود بها شحنة الإلكترون وتم تحديد مقدارها بشكل دقيق للغاية وأصبحت معروفة القيمة وهي :c 1.6 × 10 -19 e = كما أن ذلك أدى إلى التخلي عملياً عن الاعتقاد القديم بأن التيار الكهربائي هو عبارة عن سيل متدفق متصل ، إذ أن الحقيقة غير ذلك فالتيار الكهربائي هو عبارة عن تكرار لعدد من المرات للشحنة الأولية المعلومة القيمة ، وقد تكون سالبة أو موجبة ( وسنشرح ذلك بالتفصيل عند دراستنا للكهرباء المتحركة ) ومن المهم معرفته هو أن كمية الشحنة التي يحملها الجسم هي دائماً من مضاعفات الشحنة الأولية وهي الشحنة التي يحملها إلكترون واحد أو بروتون واحد . مما سبق يمكن صياغة المفهوم التالي للشحنة الكهربائية : الشحنة الكهربائية ( q ، ش ) : هي تعبير عن مدى الزيادة أو النقصان في عدد الإلكترونات بالنسبة لعدد البروتونات في ذرة مادة ما . تقاس الشحنة الكهربائية تِبعاً للنظام العالمي لوحدات القياس بوحدة الكولوم (يرمز له بـ C) والكولوم الواحد يعادل تقريباً 6.24 × 10 ^ 18 شحنة أساسية (إلكترون) ، ومن الطبيعي للأجسام الحقيقية أن تحمل شحنات يمكن أن يصل مقدارها إلى أعداد كبيرة من الكولومات . ولحساب شحنة الجسم ، نطبق العلاقة التالية : شحنة الجسم = عدد الشحنات × الشحنة الأساسية (6.24 × 10^ 18 ) للإطلاع .. صور حقيقة للذرة ... http://arbshare.com//images/ArbShaRe-71808833.jpg http://arbshare.com//images/ArbShaRe-99902996.jpg http://arbshare.com//images/ArbShaRe-33682456.jpg http://www.geocities.com/ns1427/Electronas.jpg |
رد: إتحاف النجباء بشرح أسس الكهرباء ( شرح تفصيلي مع مناقشة شاملة للفصول : 5 ، 6 ، 7 ،
1 مرفق
الكهرباء الساكنة Electrostatics لعلك لاحظت العديد من الظواهر الطبيعية المختلفة ، مثل سماعك صوت فرقعة ، أو شاهدت ومضة كهربية عند نزعك ملابسك ، أو تمشيط شعرك ، وقد تشعر بصدمة كهربائية عندما تلامس بيدك الباب ، كما أصبح مألوفاً لدى الجميع أن هناك علاقة بين دلك الأجسام الموصلة أو العازلة بقطعة من الصوف أو الحرير وظهور التكهرب الساكن ( سيأتي تعريف للأجسام الموصلة والعازلة ) ، إن سبب جميع تلك الظواهر هي شحنات كهربائية ساكنة ( شحنات كهروستاتيكية ) تتراكم على الجسم . إذا المقصود بالكهرباء الساكنة: هي الحالات التي تحمل فيها الأجسام شحنات كهربائية اكتشفت ظاهرة الكهرباء الساكنة قبل الميلاد بنحو 600 سنة ، عندما أدرك اليونانيون قديما بعض الظواهر الكهربية ، فقد لاحظ الفيلسوف طاليس ( 600 ق.م ) ، أنه عند حك قطعة من الكهرمان بقطعة قماش فإنها تجذب ريش الطيور والخيوط الصوفية أو القطنية . وكان العالم الإنجليزي وليم جلبرت ( 1544 م - 1306 م ) من أوائل العلماء الذين تقصوا الظواهر الكهربائية ولاحظ أن هناك مواد أخرى تمتلك خاصية الجذب ، واشتق جلبرت تسميته لقوة الجذب المجهولة هذه من لفظة إلكترون ( اسم الكهرمان باليونانية ) فأطلق عليها Electr ، ونحن العرب حذونا حذوه باشتقاق كهرباء من كهرمان . في عام 1733 م ، وجد الكيميائي الفرنسي شارل أن بعض الأجسام تتجاذب عند الحك، وبعضها الآخر يتنافر، لذلك جزم شارل بأن الكهرباء سيلا من نوع ما ، وأن هنالك نوعين منها ، الأولى : تتولد عند حك الزجاج بالشعر أو الصوف ؟ والثانية : تتولد عند حك الكهرمان بالحرير؟ وأن النوعين المختلفين يتجاذبان بينما النوعان المتماثلان يتنافران . كان بنجامين فرانكلين أول من اقترح فكرة الشحنات الكهربائية الموجبة والسالبة في القرن الثامن عشر. كما بيّن أن البرق هو انتقال شحنات كهربائية ساكنة، عن طريق تطيير طائرة ورقية في عاصفة وعدية وحصوله على شرر تفريغ كهربائي، حيث ربط مفتاحًا معدنيًا في طرف خيط طائرة ورقية وأطلقها لتحلق في الهواء أثناء عاصفة رعدية. فتسببت كهرباء السحب في رفع الجهد الكهربائي، وأدى هذا الجهد الكهربائي العالي إلى حدوث شرارة كهربائية بين المفتاح والأجسام الموجودة على سطح الأرض، مما أوضح أن السحب مُكهْربة. وقد حالفه الحظ في تلك التجربة بالنجاة من الموت ، ولكن تسببت تجربته في وقوع حوادث خطيرة إذ إن بعض الذين قاموا بإطلاق الطائرات الورقية للتحليق أثناء العواصف قد صعقهم البرق. بين الإنجليزي ستيفن ( 1666 م – 1736 م ) أن بعض المواد توصل الكهرباء ، وبعضها الآخر لا يوصل . وقد استطاع نقل الكهرباء المتولدة من دلك أنبوب زجاجي طوله أكثر من 100 متر. وللكهرباء الساكنة استخدامات عديدة في المنازل والمؤسسات والمصانع. فأجهزة النسخ التي نراها في المكاتب، على سبيل المثال، هي ناسخات كهروستاتيكية، تصنع نسخًا من المادة المطبوعة أو المكتوبة بجذب جسيمات الحبر المسحوق إلى الورقة الموجبة الشحنة. وتستخدم الكهرباء الساكنة أيضًا في المنظفات الهوائية المسماة المرسِّبات الكهروستاتيكية. فهذه الأجهزة تشحن جسيمات الغبار والدخان والبكتيريا وحبوب اللقاح في الهواء بشحنات كهربائية موجبة. وتنقي ألواح تجميع سالبة الشحنة الهواء بجذب هذه الجسيمات الموجبة الشحنة إلى داخل المنظف. وكذلك فإن البرق ينتج عن الكهرباء الساكنة ، فالعلماء يعتقدون أن قطرات المطر المحمولة في رياح السحب البرقية تكوِّن شحنات كهربائية، حيث تصبح أجزاء من السحاب مشحونة بشحنة موجبة، بينما تصبح أجزاء أخرى مشحونة بشحنة سالبة. وقد تقفز الشحنات بين أجزاء السحاب المختلفة، أو من السحاب إلى الأرض، مما يؤدي إلى توليد الشرارة الكهربائية الضخمة التي نسميها البرق. http://www.geocities.com/ns1427/Electronas.jpg |
رد: إتحاف النجباء بشرح أسس الكهرباء ( شرح تفصيلي مع مناقشة شاملة للفصول : 5 ، 6 ، 7 ،
1 مرفق
التوصيل الكهربائي Conduction current يقصد به : مدى قابلية هذا الجسم لانتقال الشحنات الكهربائية خلاله. أقسام المواد من حيث توصيلها للكهرباء : [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro10.swf"]width=400 height=350[/FLASH] 1- أجسام موصلة conductor : هي الأجسام التي تسمح للشحنات الكهربائية بالانتقال خلالها بحرية مثل : الذهب و الفضة و النحاس ( الفلزات بشكل عام ) والماء المالح وبعض الغازات عند درجات حرارة معينة . 2- أجسام عازلة dielectric : هي الأجسام التي لا تسمح للشحنات الكهربائية بالانتقال خلالها مثل : الزجاج و المطاط و الميكا والبلاستيك والهواء العادي الجاف والخشب . 3- أجسام شبه موصلة ( أشباه الموصلات ) : هي أجسام درجة توصيلها للكهرباء تتراوح بين الموصلات والعوازل ويعتمد مدى توصيلها على الشوائب المضافة إليها مثل : السيلكون ، الجرمانيوم ، تستخدم أشباه الموصلات في صناعة المكونات الخاصة بالدوائر الإلكترونية ، وسيأتي الحديث عنها بإذن الله تعالى بالتفصيل في الفصل العاشر . شرح تفصيلي : تنتقل الشحنات الكهربائية عبر بعض المواد بدرجة أفضل من انتقالها عبر مواد أخرى، حيث تنتقل بسهولة عبر مواد تسمى الموصلات. وتقاوم مواد تسمى العوازل انتقال الشحنات الكهربائية. تحتوي المواد الموصلة للكهرباء على جسيمات مشحونة تتحرك بحرية عبر المادة. وعند مرور شحنة كهربائية إضافية على الموصل تنتشر الجسيمات المشحونة على سطح المادة. والجسيمات الحرة في معظم الموصلات إلكترونات غير مرتبطة بالذرات، وأيونات في موصلات أخرى. تعتبر الفلزات موصلات جيدة لأنها تحتوي على عدد كبير من الإلكترونات الحرة، ولذلك تصنع معظم الأسلاك المستخدمة في نقل الطاقة الكهربائية من الفلزات، وخاصة النحاس. وبعض السوائل أيضًا موصلات. فالماء المالح، على سبيل المثال، موصل للكهرباء لأنه يحتوي على أيونات صوديوم وكلوريد حرة الحركة داخل السائل. [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro11.swf"]width=400 height=350[/FLASH] وبعض الغازات أيضًا موصلات. ففي حالة تسخين غاز ما إلى درجات عالية تتحرك ذراته بسرعة عالية تؤدي إلى تصادمها، بعضها ببعض، بشدة، مما يجعل الإلكترونات تنفلت منها، وعندئذ يتحول الغاز إلى نوع من الموصلات الكهربائية يسمى البلازما. ومن أمثلة البلازما الغاز الساخن المتوهج داخل المصباح الفلوري، والغازات الساخنة التي تكوِّن الشمس والنجوم الأخرى. وفي معظم الموصلات تتصادم الإلكترونات المتحركة مع الذرات باستمرار، وتفقد الطاقة، ولكنها تتحرك بحرية تامة، ولا تفقد أي طاقة، في بعض المواد التي تسمى الموصلات الفائقة. وتتطلب الموصلات الفائقة درجات منخفضة جدًا لتؤدي وظيفة توصيل الكهرباء، ولذلك يستخدم هذا النوع من الموصلات في بعض الحالات الخاصة، وقد يستخدم في المستقبل في صناعة المحركات ذات الكفاءة العالية والمولدات وخطوط القدرة. أما المواد العازلة فتكون الإلكترونات فيها مرتبطة بإحكام بذراتها، ولا تستطيع التحرك بحرية. وعند مرور شحنة كهربائية إضافية على العازل تبقى الشحنة في مكانها، ولا تتحرك عبر المادة. ومن أمثلة العوازل الزجاج والمطاط والبلاستيك والهواء العادي الجاف. والعوازل مهمة في السلامة الكهربائية، حيث تصنع معظم الحبال الكهربائية من مادة موصلة مغطاة بمادة عازلة مثل المطاط أو البلاستيك. ويستطيع الشخص لمس الحبل المغطى بالمادة العازلة حتى في حالة اتصال الحبل بمأخذ التيار. أشباه الموصلات هي المواد التي توصل الشحنة الكهربائية بشكل أفضل من العوازل، ولكن ليس بمستوى الموصلات ، ومن أكثرها استخدامًا السليكون. وبإضافة كميات صغيرة من مواد أخرى إلى شبه الموصل يستطيع المهندسون ضبط قدرتها على توصيل الشحنة الكهربائية. وأشباه الموصلات مهمة في تشغيل الحواسيب والآلات الحاسبة وأجهزة الراديو والتلفاز وألعاب الفيديو أجهزة أخرى عديدة. http://www.geocities.com/ns1427/Electronas.jpg |
رد: إتحاف النجباء بشرح أسس الكهرباء ( شرح تفصيلي مع مناقشة شاملة للفصول : 5 ، 6 ، 7 ،
شحن الأجسام Charging يمكن شحن الأجسام بطرق ثلاث ، هي : أ - الشحن بالدلك : إذا دلك ( حك ) جسمان متعادلان من مادتين مختلفين أو تلامسا جيدا فإن بعض الإلكترونات تنتقل من أحد الجسمين للآخر ، وعدد الإلكترونات التي يفقدها أحد الجسمين يساوي تماما عدد الإلكترونات التي يكتسبها الجسم الآخر ، لذلك تكون شحنتاها متساويتين في المقدار، مختلفتين في النوع ، مثل دلك ساق من الزجاج بالحرير فتنتقل الشحنة من الزجاج إلى الحرير ويكون الزجاج مشحون بشحنة سالبة أو دلك ساق من البلاستيك بقطعة من الصوف. [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro04.swf"]width=400 height=350[/FLASH] [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro05.swf"]width=400 height=300[/FLASH] فيديو لتجربة شحن الأجسام بالدك ( قريبا ) التفسير العلمي للشحن بالدلك: لنأخذ على سبيل المثال دلك القميص بالبالون ، فعندما تفرك قميصك ببالون، يسبب احتكاك البالون بالقميص انتقال الإلكترونات من القميص إلى البالون، مما يؤدي إلى اكتساب القميص لشحنة موجبة، نظرًا لاحتوائها على عدد من البروتونات أكبر من الإلكترونات، واكتساب البالون لشحنة سالبة لاحتوائها على إلكترونات زائدة. ولذلك يلتصق البالون بالقميص أو بأي سطح آخر مثل الجدار. وبالمثل ما يحدث عندما تمشي فوق سجاد في يوم جاف ، حيث يؤدي الاحتكاك بين حذائك والسجاد إلى انتقال الإلكترونات من جسمك إلى السجاد، معطيًا جسمك شحنة كهربائية موجبة. وعندما تلمس مقبض الباب أو أي جسم فلزي آخر، تقفز الإلكترونات من الجسم الفلزي إلى جسمك، وحينئذ قد تشاهد شرارة وتحس بصدمة خفيفة. وقد تتسائل بقولك ، عندما أدلك مادتين مختلفتين ببعضهما من ستصبح موجبة ومن ستصبح سالبة؟؟ العلماء رتبوا المواد حسب قدرتها على الاحتفاظ بالكتروناتها أو لخسارتها ، أطلق على هذا الترتيب ( متسلسلة الدلك الكهربائي ) .سنعرض هنا بعضاً من عناصر هذه السلسلة .في ظروف مثالية. إذا دلكت مادتين معاً ,فإن المادة في أعلى السلسلة تفقد الكترونات وتصبح موجبة والمادة في أسفله تكتسب الإلكترونات وتصبح سالبة: ب - الشحن بالتأثير (الحث): عند تقريب جسم مشحون شحنة موجبة مثلا من موصل معزول فإن الشحنة الموجبة للجسم الأول (الشحنة المؤثرة) تؤثر على الموصل الثاني حيث تتجاذب مع بعض الإلكترونات الحرة فيه فتتجمع هذه الإلكترونات عند الطرف القريب من الجسم المشحون وتتكون هناك شحنة سالبة في حين تتكون شحنة موجبة على الطرف البعيد والشحنة المتكونة بالتأثير تكون دائما اقل مقدارا من الشحنة المؤثرة وتختلف عنها في النوع . [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro08.swf"]width=400 height=350[/FLASH] [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro06.swf"]width=350 height=400[/FLASH] فيديو لتجربة شحن الأجسام التاُير ( قريبا ) التفسير العلمي للشحن بالتأثير : لنأخذ مثلا كرتين من المعدن ، ( والمعدن موصل للكهرباء لذا فهو يحوي إلكترونات حرة ) ، عند اقتراب ساق الأبونيت المشحون بشحنة سالبة تتنافر الإلكترونات في جسم الكرتين إلى أبعد نقطة عن ساق الأبونيت فتصبح الكرة القريبة مشحونة بشحنة موجبة والكرة البعيدة مشحونة بشحنة سالبة ،و عند إبعاد الكرتين تحتفظ كل كرة بشحنتها . ج - الشحن باللمس إذا اتصل (أو تلامس) جسم موصل مشحون مع موصل متعادل فإن الموصل المشحون يفقد جزءا من شحنته إلى الموصل المتعادل أي تكون شحنتاهما من نفس النوع ، ويتم توزيع الشحنة الكلية بحيث يبقى المجموع الكلي للشحنات ثابتا ، فمثلا فإذا كان الجسم مشحون بشحنة سالبة تنتقل جزءاً من شحنته إلى الجسم الملامس له فتتوزع الشحنة السالبة بينهما ، ونفس الأمر إذا كان الجسم مشحون بشحنة موجبة. وللكشف عن شحنة الأجسام ، نستخدم الكشاف الكهربي : الكشاف الكهربائي: هو جهاز يستخدم للكشف عن الشحنات الكهربائية كما ونوعا ، ويتكون من ورقتين من الذهب أو الألمنيوم مثبتتين في نهاية قضيب معدني ينتهي من أعلى بقرص معدني ويمر خلال سداد من المطاط ليحفظ في وعاء من الزجاج أو من المعدن له واجهة أو واجهتين من الزجاج تسهل رؤية الورقتين داخله. استخدامات الكاشف الكهربائي: [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro02.swf"]width=400 height=230[/FLASH] [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro03.swf"]width=400 height=230[/FLASH] 1- الكشف عن وجود الشحنة السالبة على جسم ما : عن طريق جعل الجسم يلامس قرص الكشاف فنلاحظ انفراج الورقتين وسبب ذلك أن جزءا من الشحنات السالبة الموجودة على الورقتين تنتقل خلال القرص والقضيب المعدني إلى ورقتين فتصبحان مشحونتين بشحنتين متماثلتين فيحدث بينهما تنافر ويكون مقدار الانفراج بين الورقتين مقياسا لمقدار الشحنة فكلما زادت الشحنة زاد الانفراج والعكس صحيح . 2- الكشف عن وجود الشحنة الموجبة على جسم ما : عن طريق جعل الجسم يلامس قرص الكشاف فنلاحظ انفراج الورقتين وسبب ذلك أن الشحنات الموجبة التي يحملها الجسم تجذب نحوها الإلكترونات الحرة التي يحملها الموصل المعزول المكون من قرص الكشاف والقضيب المعدني والورقتين وينشأ عن ذلك أن تترك هذه الإلكترونات عددا من الشحنات الموجبة مساوية لعددها فتنفرج الورقتين وكأن الشحنة الموجبة على الجسم قد انتقلت إليها . 3 - تحديد نوع الشحنة التي يحملها جسم مشحون : نشحن الكشاف عن طريق دلك قضيب زجاج بقطعة حرير ثم تقريب القضيب من قرص الكشاف فنلاحظ انفراج الورقتين .نلمس قرص الكشاف بالإصبع مع بقاء قضيب الزجاج قريبا من القرص ، نرفع الإصبع ثم نبعد القضيب نلاحظ أن الورقتين تبقيان منفرجتين دلالة على أن الكشاف أصبح مشحوناً بشحنة موجبة . ثم نقرب الجسم المشحون بشحنة مجهولة من قرص الكشاف فإذا لاحظنا زيادة في انفراج الورقتين فإن ذلك يعني أن الشحنة المجهولة موجبة ، ويرجع ذلك لانجذاب الإلكترونات الحرة من على الورقتين وتجمعهما على القرص مما يؤدي إلى ازدياد عدد الشحنات الموجبة على الورقتين إما إذا قل الانفراج فنكون الشحنة المجهولة سالب . مقاطع فيديو للكشاف الكهربي ( قريبا ) وقد حلت أجهزة إلكتروميتر تسمى كشافات كهربائية مصلابة أكثر حساسية محل الكشافات الكهربائية ذوات الأوراق الذهبية وغيرها من الكشافات البسيطة. وتحتوي هذه الأجهزة الإلكترونية على مكثفة، وهي أداة تختزن الشحنة الكهربائية. وعندما يلمس موصل المقياس الكهربائي جسماً مشحوناً، تحدث الشحنة جهداً كهربائياً صغيراً في المكثفة. ومن ثمَّ يقوم المقياس الكهربائي بتكبير هذا الجهد إلكترونيًا حتى يمكن إظهار قيمته على تدريج أو جهاز يسمى راسم الذبذبات. يستخدم كثير من الناس الذين يعملون في مناطق الإشعاع الكشاف الكهربائي بمثابة مقياس جرعة. وهو جهاز يقيس كمية الأشعة التي يتعرض لها الإنسان. ويجب شحن الكشاف الكهربائي قبل استعماله مقياسَ جرعة. ويقوم المقياس بتفريغ شحنته تدريجياً عندما يتعرض لأشعة جاما أو أشعة سينية أو أي نوع آخر من أنواع الأشعاع. وتبين كمية الشحنة المفقودة مستوى التعرض. http://www.geocities.com/ns1427/Electronas.jpg |
رد: إتحاف النجباء بشرح أسس الكهرباء ( شرح تفصيلي مع مناقشة شاملة للفصول : 5 ، 6 ، 7 ،
قانون كولوم Coulomb's Law مر بنا معرفة أن الشحنات الكهربائية المختلفة تتجاذب والمتشابهة تتنافر ، ومعنى هذا أنه توجد قوى متبادلة بين الشحنات الكهربائية. ولما كان منشأ هذه القوى الشحنات الكهربائية نفسها، فإنها تسمى قوى كهربائية. والسؤال الآن: على ماذا تعتمد القوة الكهربائية المتبادلة بين شحنتين كهربائيتين؟ في العام 1785 أجرى العالم تشارلز كولوم تجربة باستخدام ميزان اللي الموضح في الصورة التالي لدراسة العوامل التي تعتمد عليها القوة الكهربائية بين شحنتين نقطتين . وكما في الصور التالية ، ( أ ) ، ( ب ) كرتين خفيفتين متساويتين في الحجم يصل بينهما سلك عازل مربوط من منتصفه بخيط خفيف ، وتشحن الكرة ( أ ) والكرة ( جـ ) بشحنتين متساويتين ومتماثلتين ، مما يجعلهما يتنافران ، وكلما كان مقدار الشحنتين أكبر كلما كان التنافر أكبر . http://arbshare.com//images/ArbShaRe-59837249.jpg http://arbshare.com//images/ArbShaRe-1102799.jpg http://arbshare.com//images/ArbShaRe-69920537.jpg http://arbshare.com//images/ArbShaRe-59636308.jpg http://arbshare.com//images/ArbShaRe-33779666.jpg نستنتج من هذه التجربة أن القوة الكهربية تعتمد على : 1- حاصل ضرب مقدار الشحنتين . 2- المسافة بين الشحنتين . فيديو رائع جدا ثلاثي الأبعاد يوضح تجربة كولوم ( قريبا بإّن الله تعالى ) نص قانون كولوم " تتناسب القوة الكهربية المتبادلة بين شحنتين كهربائيتين تناسباً طردياً مع حاصل ضرب مقدار الشحنتين وعكسياً مع مربع المسافة بينهما عند ثبوت طبيعة الوسط الفاصل بينهما " . الفلاشات التالية ، توضح بأساليب متعددة قانون كولوم : [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro24.swf"]width=400 height=350[/FLASH] أضغط على تجربة لمشاهدة كيف يعمل ميزان اللي [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro18.swf"]width=400 height=350[/FLASH] أختر نوع الشحنتين ، لتشاهد القوى المتبادلة بينهما [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro20.swf"]width=400 height=350[/FLASH] أضغط على السهم الأخضر لإستنتاج قانون كولوم [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro17.swf"]width=400 height=350[/FLASH] غير من قيم q1 ، q2 ثم حركهما بالضغط عليهما لاتضغط على menu لأنها ستنقلك إلى القائمة الرئيسة غير المحملة في هذا الفلاش [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro14.swf"]width=400 height=350[/FLASH] حرك أحدى الشحنتين لتشاهد القوى المتبادلة بينهما [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro15.swf"]width=400 height=350[/FLASH] أضغط على الأيقونة الزرقاء غير في قيم ونوع الشحنتين لتشاهد القوى المتبادلة بينهما [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro16.swf"]width=400 height=350[/FLASH] غير في قيم الشحنتين والمسافة بينهما لتشاهد القوى المتبادلة بينهما [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro19.swf"]width=400 height=350[/FLASH] غير في قيم الشحنتين والمسافة بينهما لتشاهد القوى المتبادلة بينهما [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro23.swf"]width=400 height=350[/FLASH] [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro21.swf"]width=400 height=350[/FLASH] فلاش يوضح القوى المتبادلة بين ثلاث شحنات على خط مستقيم يمكنك التغيير في القيم [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro22.swf"]width=400 height=350[/FLASH] فلاش يوضح القوى المتبادلة بين ثلاث شحنات على رؤس مثلث يمكنك التغيير في القيم http://www.geocities.com/ns1427/Electronas.jpg |
رد: إتحاف النجباء بشرح أسس الكهرباء ( شرح تفصيلي مع مناقشة شاملة للفصول : 5 ، 6 ، 7 ،
المجال الكهربائي Electric field مر بنا أن الشحنة الكهربائية تؤثر بقوة على شحنة أخرى تبعد عنها مسافة ما . كما مر بنا أن هذه القوة تقل كلما زادت المسافة حتى تنعدم القوة . ومن هذا قال العالم البريطاني مايكل فاراداي أن لكل شحنة كهربائية حيز يحيط بها و تؤثر من خلال هذا الحيز على أي شحنة موجودة في هذا الحيز ( أي تظهر فيها الآثار الكهربائية ) ، ويسمى المجال الكهربائي أو المجال الكهرو - سكوني ( الكهروستاتي ) . http://arbshare.com//images/ArbShaRe-39794658.jpg http://arbshare.com//images/ArbShaRe-12360643.jpg http://arbshare.com//images/ArbShaRe-50146073.jpg وبأسلوب آخر لتوضيح مفهوم المجال الكهربائي : المجال الكهربائي هي مساحة معينة حول أي جسم مشحون كهربائيًا ، ويمكن الكشف عنه بتأثيره على الأجسام المشحونة الأخرى الموجودة في ذات المجال. العوامل المؤثرة على قوة المجال الكهربائي : تتناسب قوة المجال الكهربائي عند أي نُقطة تقع على بُعد ما من جسم المشحون تناسباً طردياً مع كمية الشحنة الموجودة عليه . و عكسياً مع مربع المسافة بين النقطة والجسم . [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro25.swf"]width=400 height=350[/FLASH] [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro26.swf"]width=400 height=350[/FLASH] [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro27.swf"]width=400 height=350[/FLASH] [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro29.swf"]width=400 height=350[/FLASH] ولتعريف المجال الكهربائي بطريقة عملية ، فلنتخيل وجود شحنة اختباريه صغيرة (Test charge) تسمى ( ش. ، .q ) عند النقطة المراد حساب المجال عندها ، ثم تقاس القوة ( ق ، F ) المؤثرة على ( ش. ، .q ) نتيجة وجودها في هذا المجال ، فتكون شدة المجال الكهربائي ( ج ، E ) هي : ج = ق / ش. .E = F / q وتكون بذلك وحدة المجال الكهربائي نيوتن / كولوم . وبالتعويض عن( ق، F ) من قانون كولوم نحصل على العلاقة التالية : ج = أ ش / ف2 E= k q / r2 وبذلك نصل إلى تعريف شدة المجال الكهربائي ( ج ، E ) عند أي نقطة منه : بأنها مقدار القوة الكهربائية المؤثرة على شحنة اختبار موضوعة في تلك النقطة . شحنة الاختبار ( شحنة نقطية موجبة مقدارها 1 كلولوم ) خطوط المجال الكهربائي : يمكن النظر إلى المجال الكهربائي على أنه خطوط قوى كهربائية تخيلية تشع من الجسم. ويؤثر المجال الكهربائي على أي جسم مشحون آخر يدخل في نطاقه، بحيث يجعله يغير حركته خلال المجال. ومعنى هذا أن الأجسام المشحونة يؤثر كل منها على الآخر، حتى وإن لم يكن هناك اتصال محسوس بينها، وذلك بسبب المجالات الكهربائية التي تحيط بها. فعلى سبيل المثال تتجاذب الجسيمات مختلفة الشحنة، بينما تتنافر الجسيمات متماثلة الشحنة. [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro28.swf"]width=400 height=350[/FLASH] [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro30.swf"]width=400 height=350[/FLASH] [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro31.swf"]width=400 height=350[/FLASH] وبالتالي فإن خطوط المجال الكهربائي هي خطوط وهمية تمثل مسار شحنة كهربائية موجبة صغيرة جداً (Test charge) إذا تركت حرة في المجال ، واعتماداً على هذا التعريف يمكن ذكر الخصائص التالية لخطوط المجال: ملاحظات خاصة بخطوط المجال الكهربائي : 1 - خطوط المجال الكهربائي تبدأ من الشحنة الموجبة وتنتهي في الشحنة السالبة ، وإذا اختفت أي من الشحنتين فإن الخطوط تستمر إلى ما لا نهاية . 2 - عدد خطوط المجال الكهربائي أو الداخلة عليها يتناسب مع مقدار الشحنة . 3 - لا يمكن بأي حال من الأحوال أن يتقاطع خطان من خطوط المجال الكهربائي . 4 - كلما زادت كثافة الخطوط حول نقطة ما كلما كان المجال عند هذه النقطة أكبر والعكس صحيح ، والمنطقة التي لا توجد فيها خطوط المجال يكون فيها المجال معدوماً. http://arbshare.com//images/ArbShaRe-49621803.jpg http://arbshare.com//images/ArbShaRe-98626320.jpg http://arbshare.com//images/ArbShaRe-90843628.jpg مقارنة للتوضيح ( بين المجال الكهربائي و مجال الجاذبية الأرضية ) : تؤثر قوة المجال الكهربائي بين شحنتين بنفس الطريقة التي تؤثر بها قوة الجاذبية بين كتلتين . و لكن المجال الكهربائي مختلف قليلاً ، فقوة الجاذبية تعتمد على كتلة الجسمين بينما القوة الكهربية تعتمد على شحنة الجسمين. وبينما يمكن بها لقوة الجاذبية جذب كتلتين تجاه بعضهما فقط, يمكن للقوة الكهربية أن تكون قوة تجاذب أو تنافر. إذا كانت الشحنتان بنفس الاشارة (مثال: كلتاهما موجبة) ستكون هناك قوة تنافر بينهما. أما إذا كانت الشحنتان مختلفتين فسيكون هناك قوة تجاذب بين الجسمين. يتناسب مقدار القوة عكسياً مع مربع المسافة بين الجسمين, كما يتناسب طردياً مع حاصل ضرب مقدار الشحنتين دون اشارة. و ينقسم المجال الكهربائي لنوعين :1 – المجال الكهربائي غير المنتظم : هو مجال غير ثابت الشدة ينشئ عن الشحنات النقطية الساكنة 2 - المجال الكهربائي المنتظم : هو مجال ثابت الشدة والاتجاه ينشئ عن الكهرباء المتحركة مثل حركة الشحنات في مقطع سلك صغير أو بين لوحي مكثف (توصيل لوحين معدنيين متوازيان بقطبي بطارية ) . حركة شحنة في مجال كهربائي منتظم : قريبا [FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/Electro32.swf"]width=400 height=350[/FLASH] http://www.geocities.com/ns1427/Electronas.jpg |
رد: إتحاف النجباء بشرح أسس الكهرباء ( شرح تفصيلي مع مناقشة شاملة للفصول : 5 ، 6 ، 7 ،
السعة الكهربائية والمكثفات
|
رد: إتحاف النجباء بشرح أسس الكهرباء ( شرح تفصيلي مع مناقشة شاملة للفصول : 5 ، 6 ، 7 ،
التيار الكهربائي
|
رد: إتحاف النجباء بشرح أسس الكهرباء ( شرح تفصيلي مع مناقشة شاملة للفصول : 5 ، 6 ، 7 ،
الخلايا الكهروكيميائية
|
رد: إتحاف النجباء بشرح أسس الكهرباء ( شرح تفصيلي مع مناقشة شاملة للفصول : 5 ، 6 ، 7 ،
التحليل الكهربائي
|
رد: إتحاف النجباء بشرح أسس الكهرباء ( شرح تفصيلي مع مناقشة شاملة للفصول : 5 ، 6 ، 7 ،
قانونا فاراداي
|
رد: سلسة المُساعد(1): شرح ومناقشة التيار المستمر والتيار المتردد
ينقسم التيار الكهربائي إلى نوعين؛ فهو إما أن يكون مستمرًا أو متناوبًا وذلك حسب مصدره. التيار المستمر : Direct Current-DC : هو التيار الذي يسري في اتجاه واحد دائمًا، وينتج من البطاريات ومولّدات التيار المستمر، ويستخدم التيار المستمر في التطبيقات ذات الجهد المنخفض مثل إدارة النظام الكهربائي للسيارات، والقاطرات وبعض أنواع المحركات في الصناعة. ومع أن أجهزة المذياع والتلفاز وأجهزة إلكترونية أخرى تستخدم التيار المتناوب، إلا أنها تحتاج أيضًا إلى التيار المستمر لتشغيل دوائرها الداخلية. وتستطيع المقوِّمات تغيير التيار المتردد إلى تيار مستمر بسهولة. كيف يعمل التيار المستمر DC؟ كما تلاحظ، فالطاقة الإلكترونية تنتقل في اتجاه واحد داخل أجزاء الدائرة الكهربائية، تتدفق فيه الإلكترونات من القطب السالب للدائرة إلى القطب الموجب، ويبقى هذا الاتجاه ثابتاً مع ثبات في الجهد والتيار الكهربائي مهما تغير الزمن. - التيار المتردد: ِAlternative Current-AC : هو تيار يقوم بعكس اتجاه سريانه بصورة نظامية، وينتج من مولدات التيار المتناوب هذا النوع عند وصل المولدات الكهربائية الضخمة، والمحركات، وفي التسليكات المنزلية ، مثل تشغيل المصابيح و المكيفات و السخانات و لكن معظم الإلكترونيات لا تعمل على هذا النوع من التيار . وفي كل مرة يكمل فيها التيار المتناوب تغييرين في اتجاه سريانه فإنه يكون قد أتم دورة. ويُسمى عدد الدورات في كل ثانية بتردد التيار المتناوب. ويقاس التردد بوحدات تسمى هرتز. وتُوَلَّد الطاقة في كثير من الأقطار، عند تردد 50 هرتز وفي البعض الآخر عند تردد 60 هرتز . والتيار المتردد يتفوق على التيار المستمر بعدة مزايا منها سهولة وكفاءة نقله من محطات القوى. وتُفقد أقل كمية ممكنة من الطاقة الكهربائية عندما تُنقل عند فروق جهد مرتفعة. ولكن فروق الجهد المرتفعة تشكل خطرًا عند استخدامها في المنازل. وتستطيع أجهزة تسمى المحوِّلات تقليل أو زيادة فرق الجهد المتناوب بسهولة، بينما لا يمكن تغيير فرق الجهد المستمر بنفس السهولة والكفاءة. كيف يعمل التيار المتردد AC؟ كما تلاحظ، فاتجاه تدفق الإلكترونات في أجزاء الدائرة الكهربائية يتغير عدة مرات في الثانية الواحدة بسبب تناوب القطبين السالب والموجب، ويسمى هذا التيار أيضاً بالتيار المتردد، نظراً لتردد اتجاه التيار بين القطبين السالب والموجب. لهذا السبب، علينا الأخذ بالاعتبار احتساب دالة الوقت عند التعامل رياضياً مع هذا التيار. علل: يفضل استخدام التيار المتردد عن التيار المستمر 1 - لأن التيار المتردد يمكن رفع أو خفض قوته الدافعة بواسطة المحولات الكهربائية 2- التيار المتردد يمر في دائرة بها مكثف 3 - التيار المتردد يمكن تحويله الى تيار مستمر ما قصة إكتشاف التيار المستمر والمتردد ؟ في البدء كان التيار المستمر DC في عام 1879، قام توماس أديسون بابتكار المصباح الكهربائي وقدم للعالم فكرة مولد التيار المستمر للإضاءة الكهربائية. فبهر العالم بابتكاره الجديد. وفي عام 1887 انتشرت على أراضي الولايات المتحدة 121 محطة كهربائية سميت باسم هذا العالم العبقري Edison ، تقوم بتوصيل كهرباء التيار المستمر لسكان أمريكا. لكن … ! مع انتشار استخدام الكهرباء في المنازل، وكثرة الطلب عليها، بدأت تظهر بعض مشاكل التيار المستمر. من أبرزها قصر المسافة التي يقطعها التيار، فمع اتساع رقعة التغطية وجد أن التيار المستمر يفقد بعضاً من قوته بعد قطعه مسافة قصيرة قدرت بالميل الواحد. هنا بدأ العلماء عملية البحث عن حل عملي لهذه المشكلة يرضي كلاً من شركات الكهرباء والمستهلكين. وبدأت الحرب … في عام 1881 بدأ العالمان Nikola Tesla و George Westinghouse تطوير نظامهما الجديد والمعتمد على فكرة التيار المتناوب AC. أبرز ما يميز هذا النظام هو فعاليته وقدرته على التوصيل الكهربائي لمسافات طويلة جداً مقارنة بالتيار المستمر DC، فاعتمدته أغلب شركات الكهرباء في محطات التوليد والتوصيل، وأصبحت غالبية دول العالم تعتمد هذا النظام. لكن على الرغم مما أحدثه التيار المتناوب من ثورة في عالم الكهرباء، لازال البعض متمسكاً بفكرة استخدام التيار المستمر ، ومن هنا بدأت بين الفريقين سلسلة من النقاشات حول جدوى استخدام أي من التيارين ، حتى أطلق على ذلك مصطلح حرب التيارات. آخر أخبار هذه الحرب هو قيام إحدى الشركات العريقة في مدينة نيويورك بقطع خدمة التيار المستمر من 1600 مستهلك يسكنون أرقى أحياء المدينة – مانهاتن- أواخر عام 2005. فلاشات مُهمة في الشرح : ( أضغط على الفلاش بزر الفارة الأيمن ثم أختر حفظ بإسم ) http://www.phys4arab.net/uploood/naser/ac_dc_s1.swf http://www.phys4arab.net/uploood/naser/ac_dc_s2.swf http://www.phys4arab.net/uploood/naser/ac_dc_s3.swf http://www.phys4arab.net/uploood/naser/ac_dc_s4.swf الدرس القادم بإذن الله تعالى ( القوة المحركة الكهربائية ) |
رد: سلسة المُساعد(2): شرح ومناقشة القوة المُحركة الكهربائية
القوة المحركة (الدافعة) الكهربائية (( ق.د.ك)) Electromotive force - emf لفهم المقصود بالقوة المحركة الكهربائية نحتاج إلى بعض المعلومات المرتبطة بالبنية الذرية , فلكل ذرة إلكترون واحد أو أكثر، يحمل كل منها شحنة كهربائية سالبة , وتحتوي الذرات أيضًا على بروتونات، وهي جسيمات يحمل كل منها شحنة كهربائية موجبة , والشحنات المختلفة تتجاذب، و الشحنات المتشابهة تتنافر, وينبني تشغيل الدائرة على مبدأ التجاذب بين الشحنات المختلفة. ونعلم مما سبق دراسته أن سريان الإلكترونات في اتجاه واحد يكوّن تيارًا كهربائيًا . بعد ذلك وجد أن القوة الدافعة الكهربائية ( أو ما يسمى بالفولتية) ، هي القوة التي تدفع هذه الإلكترونات لتكون تيارا. أي أن الأكترون يتحرر من الذرة وينطلق متنقل من ذرة إلى أخرى بفعل القوة الدافعة الكهربائية ، والتي تعتبر أيضا – أي القوة الدافعة الكهربائية – بأنها قوة التجاذب الكهربائي الذي يسببه اختلاف الشحنات بين نقطتين في الدائرة، ويوفرها مصدر طاقة كهربائية ( البطارية مثلا )، حيث أن أحد طرفي البطارية سالبا ، و الطرف الآخر موجبا. ( تسمى الإلكترونات التي يتحرر من الذرة ويتطلق متنقلة بين الذرات بالإلكترونات الحرة أو حاملات الشحنة ). والفلاشين التاليين يوضحان ما سبق : لحفظهما ( أضغط بزر الفأة اليمن ثم أختر حفظ بإسم ) وتسري الإلكترونات فعليا من طرف البطارية السالب إلى طرف البطارية الموجب، حيث تولد هذه الحركة الإكترونية تيارًا كهربائيًا. ولكن العلماء اصطلحوا اعتبار أن سريان التيار الكهربائي يكون من الموجب إلى السالب. فحتى أواخر القرن التاسع عشر الميلادي ظل العلماء يعتقدون خطأ أن التيار الكهربائي يسري في ذلك الاتجاه. الخلاصة : لكي تتحرك الإلكترونات المكونة للتيار لا بد لها من طاقة تكتسبها من المولد الكهربائي وتعرف تلك الطاقة بالقوة المحركة الكهربائية للمولد والتي يمكن تعريفها بأنها : مقدار الطاقة التي يعطيها المولد لكل كولوم يجتازه . الفلاش التالي ، يحاكي تعريف القوة المحركة الكهربائية : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/emf1.swf للحفظ ( أضغط بزر الفأة اليمن ثم أختر حفظ بإسم ) مثال توضيحي : إذا فرضنا أن كمية من الكهرباء قدرها 10 كولوم مرت خلال المولد فاكتسبت طاقة مقدارها 20 جول . فإن الطاقة التي يكتسبها الكولوم الواحد هي 20÷10=2جول/ كولوم , وفي هذه الحالة نقول أن القوة المحركة لهذا المولد هي 2جول / كولوم ( فولت ) , ومما سبق يمكن حساب القوة المحركة للمولد من العلاقة التالية : قم = ط / ش وتقاس القوة المحركة الكهربائية بوحدة ( جول / كولوم ) وتكافئها وحدة ( الفولت ) ، ويستخدم جهاز الفولتميتر لقياس القوة الدافعة الكهربية (e.m.f) الناتجة من مصدر كهربي . سؤال : ما معنى أن القوة المحركة لمولد 2 فولت . الجواب : أن مقدار الطاقة الكهربائية التي يعطيها المولد لكل كولوم يجتازه = 2 جول ملاحظات : 1 - القوة المحركة ليست قوة بالمعنى الميكانيكي ولكنها طاقة وحدة الشحنات ووحدة قياسها هي وحدة قياس فرق الجهد ( الفولت ) . 2 – القوة المحركة الكهربائية هي فرق الجهد الكهربائي ، في حالة عدم مرور تيار كهربائي . 3 – في حالة مرور تيار كهربائي فإن الفرق بين القوة المحركة للمولدة وفرق الجهد هو أن : القوة المحركة الكهربائية : تمثل الطاقة المكتسبة لوحدة الشحنات الكهربائية من المولد بينما فرق الجهد : الطاقة المفقودة من وحدة الشحنات الكهربائية بين هاتين النقطتين في الدائرة الكهربائية . وسنتعرف لاحقا بإذن الله تعالى ، على مزيد من التفرقة بين القوة المحركة الكهربائية و فرق الجهد الكهربائي . الدرس القادم بإذن الله تعالى هو مفهوم " المقاومة الكهربائية والعوامل المؤثرة عليها ". |
رد: سلسة المُساعد(3): شرح ومناقشة "المقاومة الكهربائية"
المقاومة الكهربائية Electrical Resistance هي خاصية فيزيائية ، تعني اعتراض ( إعاقة ) المادة لمرور الشحنات الكهربائية عبرها. وتحدث المقاومة عندما تصطدم الإلكترونات المتحركة في المادة بالذرات ، وتطلق طاقة في شكل حرارة (تغير الطاقة الكهربائية إلى حرارة ). وتعتبر الموصلات الجيدة، مثل النحاس، ضعيفة المقاومة، مقارنة بأشباه الموصلات، مثل السليكون. أما العوازل، مثل الزجاج والخشب، فذات مقاومة عالية جدًا، يصعب معها مرور الشحنات الكهربائية عبرها. بينما لا تشكل الموصلات الفائقة أي مقاومة لمرور الشحنات عبرها. تعريف المقاومة الكهربائية : هي خاصية ممانعة الموصل لمرور التيار الكهربائي فيه مما ينتج عنها ارتفاع في درجة حرارته لمشاهدة فلاشات تحاكي المقاومة ، تفضل إلى الروابط التالية : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance1.swf http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance2.swf وللحفظ أضغط على الرابط ثم أختر حفظ بإسم ملاحظة الفلاش الثاني حجمه 1.3م.ب وتقاس المقاومة الكهربائية بالأوم ويرمز لة بالحرف Ω ويقرأ اوميغا OMEGA ، ويرمز لها كما في الصورة التالية : أهمية المقاومة الكهربائية : رغم أن المقاومة الكهربائية تسبب هدرا لجزء من الطاقة إلا أنها تكون ضرورية لحماية بعض أجزاء الدوائر الكهربائية, ولذلك فهي تصنع لتوضع في بعض أجزاء الدوائر الكهربائية حماية لها ، وتكمن أهميتها في : أنها تتحكم في شدة التيار المار وتتحكم أيضا في فرق الجهد بين طرفيها . http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance4.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance6.jpg للتوضيح : ويمكن تشبيه المقاومة الكهربائية في عملها عمل محبس الماء حيث لا تسمح إلا بمرور كمية معينة من الكهرباء , وبعض المقاومات تتلف ( تنصهر ) إذا مر بها تيار أكبر من مقدار معين , أما بعض المقاومات فتتميز بأنها تقطع التيار الكهربائي تلقائيا عند تجاوزه مقدار معين , ومن الأمثلة على النوع الأول تلك المستخدمة في السيارات والتي تسمى ( فيوز ) أما النوع الثاني فمن الأمثلة عليه قاطع الكهرباء الذي بداخل عداد الكهرباء الخاص بالمنزل , حيث يلاحظ تسجيل رقم مثل 200A ( 200أمبير ) أي أنه لا يسمح بمرور أكثر من 200 أمبير ( أي 200كولوم/ث ) وفي حالة حدوث ذلك بسبب التماس ببن بعض الأسلاك في الدائرة أو غيره ( هو ما يسمى بالدائرة القصيرة أي عديمة المقاومة ) فإن القاطع يقطع التيار عن الدائرة الكهربائية لحمايتها . أنواع المقاومات الكهربائية : وتختلف نوعيتها على حسب كيفية صنعها والمواد المركبة منها وأهم أنواع المقاومات هي: 1- المقاومة الثابتة 2- المقاومة المتغيرة 3- المقاومة الضوئية 4- المقاومة الحرارية http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance1.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance1.gif أولا : المقاومة الثابته Resistor : تتميز هذه المقاومات بثبات قيمتها وتختلف في استخدامها على حسب قدرتها في تمرير التيار الكهربائي فهناك مقاومات ذات أحجام كبيرة تستخدم في التيارات الكبيره وأخرى صغيرة للتيارات الصغيرة. ثانيا: المقاومة المتغيرة Potentiometer or Variable Resistor VR : مقاومة يمكن تغيير قيمتها حيث تتراوح قيمتها بين الصفر وأقصى قيمة لها فمثلا عندما تقول أن قيمة المقاومة 10KΩ يعني أن قيمة المقاومة تتراوح بين الصفر أوم تزداد بالتدريج يدويا حتى تصل قيمتها العظمى 10KΩ 0-10KΩ ويمكن تثبيتها على قيمة معينة. ويمكن مشاهدة المقاومة المتغيرة في كافة الأجهزة الصوتية فعندما نريد رفع صوت الجهاز "الراديو" أو نخفضه فإننا نغير في قيمة المقاومة المتغيرة فعندما تصل قيمة المقاومة أقصاها فإن الصوت ينخفض إلى أقل شدة والعكس عند رفع الصوت. العوامل المؤثرة في مقاومة أي موصل :. 1- نوع المادة المصنوع منها الموصل 2- طول الموصل 3- مساحة مقطع الموصل 4- درجة حرارة الموصل http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance4.gif http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance2.gif http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance3.gif فالسلك النحاسي الرقيق، على سبيل المثال، أكثر مقاومة من السلك السميك، والسلك الطويل أكثر مقاومة من السلك القصير. و تتفاوت مقاومة المادة أيضًا حسب درجة الحرارة ، وبما أن مقاومة الموصل ( م ) تتناسب طرديا مع طوله ( ل ) وعكسيا مع مساحة مقطعه ( س ) : لمشاهدة فلاشات تحاكي العوامل المؤثرة على المقاومة ، تفضل إلى الروابط التالية : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance3.swf http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance4.swf وللحفظ أضغط على الرابط ثم أختر حفظ بإسم م = ثابت × ل / س وثابت التناسب هنا يعتمد على نوع مادة الموصل ويسمى المقاومة النوعية ( من ) م = من × ل / س ومن هذه العلاقة يمكن تعريف المقاومة النوعية ( من ) بأنها : " مقاومة موصل منتظم المقطع طوله وحدة الأطول ومساحة مقطعه وحدة المساحات " وتتأثر المقاومة النوعية ومن ثم المقاومة الكلية لناقل ما بدرجة الحرارة بشكل طردي حيث دلت التجارب العملية أن المقاومة النوعية تتغير مع درجة الحرارة حسب العلاقة : من د = من. ( أ + ثا × د ) حيث ( من د ) هي المقاومة النوعية للموصل عند درجة ( د ) المئوية . (من. ) المقاومة النوعية للموصل عند درجة صفر المئوية . ( ثا ) المعامل الحراري للمقاومة النوعية للعنصر وهو ثابت للعنصر الواحد ويختلف من عنصر لآخر . ( د ) درجة الحرارة المئوية . تحديد قيمة المقاومة : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance5.gif والفلاشات التالية ، لحساب قيمة المقاومة بالألوان : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance5.swf http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance6.swf http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Resistance7.swf وللحفظ أضغط على الرابط ثم أختر حفظ بإسم الدرس القادم بإذن الله تعالى هو مفهوم " المواد فائقة التوصيل ". |
رد: سلسة المُساعد(5): شرح ومناقشة " قانون أوم وتحقيقه عمليا "
يعد قانون أوم من أهم القوانين في فرع الفيزياء الكهربائية ، حيث أثبت العالم الألماني جورج سيمون أوم ( 1787- 1854 م ) بعد سلسلة من التجارب في عام 1826م أن التيار الكهربي ( ت ) المار في موصل يتناسب طرديا ( علاقة خطية ) مع فرق الجهد الكهربائي (جـ ) المطبق بين طرفيه، ويمكن تمثيلها بيانيا كما بالشكل التالي : ويمكن كتابة العلاقة البيانية بالقانون التالي : فرق الجهد = ثابت × التيار يعتبرهذا الثابت هو : "المقاومة الكهربائية" خلاصة : قانون أوم يصف العلاقة حسابيا بين كلا من فرق الجهد الكهربائي (جـ ) الذي يعبر عن قوة تدفق الشحنات الكهربائية .. وبين المقاومة الكهربائية ( م ) التي تقاوم وتعيق هذا التدفق .. وبين النتيجة الحقيقية لهذا التدفق وهو التيار الكهربائي ( ت ) . نص قانون أوم : عند ثبوت درجة الحرارة يتناسب شدة التيار المار في موصل طرديا مع فرق الجهد بين طرفيه . جـ = م × ت لاحظوا أن العلاقة سهلة وبسيطة جدا .. كلما زاد الجهد او قلت المقاومة كلما زاد التيار المتدفق .. و زيادة المقاومة تحد من مرور التيار كما هو واضح في قانون اوم من استخدامات قانون أوم : يستخدم المهندسون قانون أوم لتحديد فعالية الدوائر الكهربائية. فبإمكانهم، على سبيل المثال، حساب كيف يمكن أن يتأثر سريان التيار بالترتيبات المختلفة لمكونات هذه الدائرة مثل توصيل الأسلاك والمكثفات والمقاومات. إثبات قانون أوم عمليا لإثبات قانون أوم عملياً اتبع الخطوات الآتية : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/OhmsLaw2.gif http://www.phys4arab.net/uploood/naser/OhmsLaw3.gif 1) أعمل الدارة الكهربائية كما في الشكل أعلاه . 2) استعن بالعرض الفلاشي التالي لاستنتاج العلاقة بين فرق الجهد وشدة التيار الكهربائيين فلاش محاكاة قانون أوم يمكن استخدامه لتحقيق قانون أوم عمليا : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/OhmsLaw1.swf وهذا فلاش آخر : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/OhmsLaw2.swf 3) حرّك المؤشر voltage لضبط فرق الجهد على القيمة 1.5 فولت 4) اضبط المؤشر resistance لضبط المقاومة الكهربائية على القيمة 200 Ω . 5 ) سجل قيمة شدة التيار current المارة ( التي تظهر أسفل الفلاش ) بعد تحويلها إلى أمبير بقسمتها على 1000 ، لتصبح بوحدة الأمبير . 6) حرّك المؤشر voltage لزيادة فرق الجهد بشكل منتظم ، و بعد كل زيادة في فرق الجهد قم بتسجيل قيمة شدة التيار 7 ) مثل القياسات التي سجلتها في الجدول بيانيا ، ثم ارسم العلاقة . 8) احسب ميل الخط المستقيم ، يجب أن تكون مساوية لـ 200 Ω . الاستنتاج 1) نلاحظ أن العلاقة بين كل من فرق الجهد وشدة التيار علاقة طردية أي انه كلما زاد فرق الجهد زاد شدة التيار وكلما قل فرق الجهد قلت شدة التيار 2) بحساب ميل الخط المستقيم الذي بالشكل نجد أن ميل الخط المستقيم = 200 نفس قيمة المؤشر resistance وهنا فيديو عربي لشرح تحقيق قانون أوم عمليا : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/OhmsLaw3.rar ملاحظات : 1 – يمكن تطبيق قانون أوم في جزء من الدائرة أو الدائرة ككل مع ملاحظة : عند تطبيق قانون أوم في جزء من الدائرة يجب أن يكون تعاملنا مع التيار المار في هذا الجزء فقط وكذلك المقاومة ذات الصلة . عند تطبيق قانون أوم على الدائرة ككل يجب حساب التيار الكلي ، و المقاومة الكلية ، وكذلك يكون تعاملنا مع قيمة جهد المصدر للدائرة . 2 – الشكل التالي يلخص قوانين أوم : والفلاش التالي عرض شامل لقانون أوم : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/OhmsLaw4.swf |
رد: سلسة المُساعد(5): شرح ومناقشة " قانون أوم وتحقيقه عمليا "
|
رد: سلسة المُساعد(4): شرح ومناقشة "الموصلات فائقة التوصيل"
في هذا الموضوع ، سأكتفي بالإشارة إلى موضوعين شاملين تتحدث عن " الموصلات فائقة التوصيل " بالإضافة إلى بعض الصور ومقاطع الفيديو ، ومن لديه سؤال حول الموضوع فليتفضل به وسيجد بإذن الله تعالى الأجابة . تفضل إلى الموضوعين التاليين : المواد فائقة التوصيل وتطبيقاتها الموصلات فائقة التوصيل مقاطع فيديو : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Superconduct.rar http://www.fys.uio.no:80/super/levitation/apart.avi http://www.fys.uio.no:80/super/levitation/together.avi وهذه الصور : http://www.phys4arab.net/uploood/nas...erconduct1.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...erconduct2.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...erconduct3.bmp http://www.phys4arab.net/uploood/nas...erconduct4.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...erconduct5.jpg |
رد: سلسة المُساعد(4): شرح ومناقشة "الموصلات فائقة التوصيل"
نستأذن أستاذنا أبا صالح في هذه الإضافة البسيطة مشكوراً التوصيل الفائق عملية توصيل الحرارة والكهرباء بواسطة بعض الفلزات والسبائك والخزف دون مقاومة. ويحدث التوصيل الفائق في الفلزات والسبائك في درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق وهي -273,15°م. ويُصبح كل من الرصاص والزئبق والصفيح فائق التوصيل في هذه الدرجة. وتصبح بعض أنواع الخزف مُوَصِّلات فائقة عند درجة حرارة قد تصل إلى -138°م . وقد طوَّر النظرية الحديثة للتوصيل الفائق ثلاثة من علماء الفيزياء الأمريكيين، وهم جون باردين، وليون كوبر، وجون روبرت شريفر، وتُعْرَف هذه النظرية بنظرية (bcs)، وهي تحمل أسماء مكتشفيها الثلاثة الذين فازوا بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 1972م لتطويرهم هذه النظرية. وليس للموصل الفائق مقاومة كهربائية نظرًا لوجود تفاعل جذبي بين الإلكترونات والذي ينتج عنه تكوين أزواج من الإلكترونات. وترتبط أزواج الإلكترونات بعضها ببعض وتندفع دون مقاومة حول المواد الملوثة والشوائب. وتحدث المقاومة في المُوَصِّل العادي لأن الإلكترونات غير المرتبطة ترتطم بالشوائب ثم تتشتت. ويستخدم التوصيل الفائق في المجال الكهرومغناطيسي. وقد تمكن الباحثون من تطوير مغانط فائقة التوصيل، تستخدم كهرباء أقل من المغانط الكهربائية العادية. وقد مكَّنت مغانط التوصيل الفائق علماء الفيزياء من إنشاء معجِّل جسيمات أكثر فاعلية، وهي أجهزة تزيد سرعة جُسَيمات الذرة. وفي عام 1986م أعلن عالم الفيزياء الألماني جورج بدنورز والعالم الفيزيائي السويسري إليكس مولر اكتشافهما التوصيل الفائق في المواد الخزفية. وتصبح هذه المواد ذات توصيل فائق عند حرارة أعلى من الفلزات والسبائك. ونال بدنورز ومولر جائزة نوبل للفيزياء لعام 1987م لهذا الاكتشاف. ومنذ ذلك الوقت تمكَّن العُلماء من اكتشاف مواد خزفية أخرى تصبح فائقة التوصيل عند درجة حرارة عالية بحيث تكفي لاستخدام النيتروجين السائل لتبريدها. ويجب تبريد الفلزات والسبائك إلى درجة حرارة التوصيل الفائق باستخدام الهيليوم السائل، وهو أعلى تكلفة وأصعب في التعامل من النيتروجين السائل . ويبحث العُلماء اليوم الاستخدامات الممكنة للمواد الجديدة فائقة التوصيل عند درجة حرارة عالية. فهم مثلاً يجرون اختبارًا على جهاز مفتاح فائق التوصيل يضبط الدوائر الكهربائية في الحاسوب. وتعمل هذه الأجهزة بسرعة فائقة ولا تُنْتِج أي حرارة تقريبًا. وقد يكون التوصيل الفائق مفيدًا لتوصيل الكهرباء. فخطوط القدرة المصنوعة من المواد فائقة التوصيل يمكن أن تحمل تيارًا عبر مسافات بعيدة دون فقدان أي قدرة بسبب المقاومة الكهربائية. وخطوط القدرة هذه يمكن أن توفِّر كميات كبيرة من الطاقة. وإضافة إلى ذلك، فهي تسهل اختيار مناطق لمحطات القدرة بحيث يكون تأثير تلك المحطات على الناس وعلى البيئة قليلاً . وهنالك العديد من المشاكل التي يجب حلها قبل الاستخدام التجاري للموصلات الفائقة عند درجات الحرارة العالية. ويصعب تصنيع معظم الموصِّلات الفائقة الخزفية. ونجد الخزف أيضًا مادة سريعة الانكسار وليس من السهل تصنيعها في هيئة أسلاك. ولكن طور الباحثون أشرطة رفيعة مرنة تستطيع حمل تيارات كبيرة . وتشرح نظرية (BCS) كيفية حدوث التوصيل الفائق في المواد الخزفية، إلا أنه لم يُقترح بعد نظرية كاملة حول هذه الظاهرة . وفي عام 2001م، أعلن الباحثون أن ثنائي بوريد المغنسيوم (MgBr2) يصبح فائق التوصيل عند درجة الحرارة -234°م، أي أعلى بنحو 20°م من أي مركب فلزي آخر. كما أعلن الباحثون في العام نفسه أن البلورة التي تحتوي على كرات الكربون وثلاثي بروميد المثيل (CHBr3) تصبح فائقة التوصيل عند درجة حرارة -156°م. وتعرف كرات الكربون باسم بكمنسترفولرنيس أو كرات باكي، وتحتوي كل واحدة منها على 60 ذرة كربون . وقد اكتشف العالم الهولندي هايك كامرلنج أونز التوصيل الفائق عام 1911م، وتم هذا الاكتشاف عندما كان يقيس المقاومة الكهربائية لزئبق متجمد. |
رد: سلسة المُساعد(6): شرح ومناقشة " جسر وتيستون "
يمكن إيجاد مقاومة مجهولة بعدة طرق هي :
1 - بإستخدام قانون أوم . وسنتطرق في هذا الدرس إلى تعيين مقاومة مجهولة بإستخدام : جسر وتيستون . |
رد: سلسة المُساعد(6): شرح ومناقشة " جسر وتيستون "
جسر وتيستون wheatstone bridge توصل العالم شارل وتيستون إلى طريقة تعين مقاومة مجهولة بإستخدام جهاز سُميّ بإسمه " جسر وتيستون " جسر وتيستون : جهاز يستخدم لإيجاد قيمة مقاومة مجهولة ، بمعلومية مقاومات معلومة . ( طريقة عملية ) مبدأ عمله : من تطبيقات قانون أوم فكرة عمله : عندما نمرر تيار شدته ( ت ) فإنه يتوزع في جسر وتستون ( الجسر العلوي ، والجسر السفلي ) وعندما يصل الجسر إلى حالة الأتزان نستطيع معرفة قيمة المقاومة المجهولة من قانون أوم ( جـ = م × ت ) الفلاشات التالية تحاكي جسر وتيستون بشكل رائع جدا : http://www.phys4arab.net/uploood/nas...ne_bridge1.swf http://www.phys4arab.net/uploood/nas...ne_bridge2.swf http://www.phys4arab.net/uploood/nas...ne_bridge3.swf http://www.phys4arab.net/uploood/nas...ridge_java.rar أضغط على الروابط أعلاه بزر الفارة الأيمن ثم أختر حفظ بإسم ملاحظة : - قد يكون جسر وتستون : جسر أيمن وجسر أيسر تركيبه : يتكون من أربع مقاومات وجلفانومتر موصلة كما في الشكل التالي : http://www.phys4arab.net/uploood/nas...ne_bridge3.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...ne_bridge2.jpg وعادة ما تكون المقاومتان ( م1 ، م2 ) ثابتتان معلومتان والمقاومة ( م3 ) هي المجهولة ، و المقاومة ( م4 ) متغيرة ( ريوستات ) . أهمية الجلفامومتر : معرفة حالة الاتزان لحساسيتها الشديدة عند مرور التيار . أهمية المقاومة المتغيرة ( الريوستات ) : تغيير قيمتها للوصول إلى حالة الاتزان طريقة عمله : ( أ ) عند إغلاق القاطعة ( قبل الوصول إلى حالة الاتزان ) : ◄◄◄ يتوزع التيار بين الجسر العلوي والجسر السفلي ويمر تيار في الجلفانومتر ( ينحرف مؤشره ) أي أن قراءة الجلفانومتر≠ صفر ◄◄◄جهد النقطة ( هـ ) ≠ جهد النقطة ( ب ) ◄◄◄ جـ ( هـ ب ) ≠ صفر ومن قانون أوم ( جـ = م × ت ) ◄◄◄ جـ ( أ ب ) ≠ جـ ( أ هـ ) ← ت1 × م1 ≠ ت 2 × م4 ◄◄◄ جـ ( د ب ) ≠ جـ (د هـ ) ← ت1 × م2 ≠ ت 2× م3 ( ب ) عند الوصول إلى حالة الاتزان ( بتغير المقاومة م2 ) : ◄◄◄بالتحكم في الريوستات نستطيع أن نجعل التيار لا يمر في الجلفانومتر ( لا ينحرف مؤشره ) أي أن قراءة الجلفانومتر = صفر ◄◄◄ جهد النقطة ( هـ ) = جهد النقطة ( ب ) ◄◄◄ جـ ( هـ ب ) = صفر ومن قانون أوم ( جـ = م × ت ) ◄◄◄ جـ ( أ ب ) = جـ ( أ هـ ) ← ت1 × م1 = ت 2 × م4 ◄◄◄ جـ ( د ب ) = جـ (د هـ ) ← ت1 × م2 = ت 2× م3 ◄◄◄م1/م2 = م4/م3 فيديو عربي لشرح عمل جسر وتيستون : http://www.phys4arab.net/uploood/nas...idge_video.rar http://www.phys4arab.net/uploood/nas...ne_bridge5.gif http://www.phys4arab.net/uploood/nas...ne_bridge6.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...ne_bridge7.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...ne_bridge8.jpg قاعدة في معرفة العلاقة الرياضية الصحيحة لجسر وتستون : من الجسر العلوي: المقاومة على المقاومة التي تليها تساوي ومن الجسر السفلي: المقاومة على المقاومة التي تليها |
رد: سلسة المُساعد(6): شرح ومناقشة " جسر وتيستون "
جسر وتسيتون المتري ( القنطرة المترية ) أجرى وتستون تعديل على جسره وذلك لجعله أسهل استخداما لقياس المقاومات المجهنلة ويتلخص هذا التعديل في استبدا الفرع السفلي ( ذراعي الجسر ) من الجسر ( م1, م4 ) كما في الشكل أعلاه ، بموصل منتظم المقطع طوله 100 سم ( 1متر ) مع جعل الجلفانومتر يتصل بهذا السلك عبر زالق يتحرك على السلك بحرية . طريقة استخدام جسر وتستون المتري : نصل الدائرة بمصدر للتيار المستمر ونغلق القاطع ثم نحرك المزالق على السلك حتى نلاحظ عدم مرور تيار في الجلفانومتر وعندها نقول أن الجسر متزن , وحيث إن مقاومة السلك تتناسب طرديا مع طوله فإن : م1 / م2 = ل1 / ل2 حيث قسم الزالق السلك إلى جزئين هما ل1 , ل2 , وحيث إن ل2 = 100 – ل1 فيمكن كتابة المعادلة السابقة على الصورة : م1 / م2 = ل1 / 100 – ل1 علل : 1 - يجب أن يكون سلك القنطرة المترية و مقياس الجهد منتظم المقطع . وذلك حتى تكون مقاومة أجزاء السلك متناسبة طرديًا مع أطوالها . 2 - تفضل القنطرة المترية على قنطرة ويتستون عند تعيين قيمة مقاومة مجهولة بدقة . لأنه في القنطرة المترية يمكن الحصول على نقطة الاتزان بسهولة ودقة وذلك بتحريك الزالق على سلك القنطرة. 3 - في القنطرة المترية ، تقفل دائرة العمود الكهربي قبل تحريك الزالق على السلك. لأنه إذا حدث العكس وأدخل الجلفانومتر في الدائرة أولا فإنه عند قفل دائرة العمود الكهربي فإن التيارات المستحثة اللحظية المتولدة في الملفات تسري في الجلفانومتر وتحدث فيه انحرافا لحظيا حتى لو كانت الدائرة في حالة اتزان . 4 - يفضل أن تكون نقطة الاتزان في الثلث الأوسط من سلك القنطرة المترية. لأنه إذا بعد الزالق عن الثلث الأوسط فإن أي خطأ في قياس طول الذراع القصير يسبب خطأ كبيرا في حساب قيمة المقاومة المجهولة الفلاشات التالية تحاكي القنطرة المترية : http://www.phys4arab.net/uploood/nas...ne_bridge4.swf http://www.phys4arab.net/uploood/nas...ne_bridge5.swf ملاحظة : يمكن إجراء تحقيق تجربة جسر وتيستون بأستخدام برنامج الكوركودايل Crocodile Physics 605 كما في الصورة التالية : |
رد: سلسة المُساعد(6): شرح ومناقشة " جسر وتيستون "
جهاز الأوميتر Ohmmeter وهو جهاز مصمم لحساب قيمة المقاومة مباشرة في أي جزء من أجزاء الدائرة , ويتركب من مولد ( بطارية ) , جلفانومتر , مقاومة ثابتة , مقاومة متغيرة , فجوة لتثبيت المقاومة المجهولة , ويتم تدريج الجلفانومتر بوحدات المقاومة بدلا من وحدات شدة التيار وبالتالي فإن قراءة الجلفانومتر تدل على قيمة المقاومة المجهولة مباشرة ، كما في الشكل التالي : وعند أستخدام الجهاز لقياس قيمة مقاومة موصلة بدائرة ما فيجب إزالتها من الدائرة قبل بدء القياس حتى نحصل على القراءة الصحيحة http://www.phys4arab.net/uploood/naser/ohmmeter2.gif http://www.phys4arab.net/uploood/naser/ohmmeter3.png ثم نقوم بلمس طرف المجس الأحمر (الموجب) بأحد أطراف المقاومة وطرف المجس الأسود (السالب) بطرف المقاومة الآخر وسوف تظهر لنا قيمة المقاومة في شاشة الأوميتر مع ملاحظة عدم لمس المقاومة باليد والطريقة الصحيحة كما ترى أو كما في الصورة التالية : |
رد: سلسلة المُساعد(7): شرح ومناقشة " قانون جول "
جيمس بريسكوت جول (1818 - 1889 ) فيزيائي إنجليزي ذائع الصيت اعتمد على نفسه في التعليم ، فلم يتلق أي تدريب أكاديمي رسمي ولا تقلد منصبا أكاديميا. ورغم ذلك ، كانت له تجارب مذهلة منها المتعلقة بدراسة الطاقة الحرارية المتولدة من التيار الكهربائي ، فوجد أن الطاقة الحرارية الناتجة في الثانية الواحدة تتناسب طرديا مع مقاومة الموصل ومربع شدة التيار ، http://www.phys4arab.net/uploood/naser/joule2.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/naser/joule3.jpg ط = م ت2 ز = ..... جول ولحساب الطاقة الحرارية بوحدة السُعر ح = ط / ي = م ت2 ز /4.18 = ..... سعر وتفسير ذلك ، أن الإلكترونات الخارجة من المولد تصطدم أثناء حركتها بذرات الموصل ( كما ذكرنا ذلك في درس المقاومة الكهربائية ) ، وذلك يؤدي إلى انتقال الطاقة من الإلكترونات إلى ذرات الموصل مما يسبب رفع درجة حرارة الموصل . http://www.phys4arab.net/uploood/naser/joule1.swf ملاحظة : يمكن تطبيق قانون جول على أي جزء من الدائرة سواءً داخل مصدر الطاقة ( البطارية ) أو في المقاومات الخارجية . تحقيق تجربة جول : يمكنك تحقيق تجربة قانون جول من خلال المحاكاة الفلاشية التالية : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/joule2.swf فعند تشغيل المولد وفي نفس الوقت تشغيل ساعة الإيقاف ثم تسجيل القراءات كل ثلاث دقائق نلاحظ العلاقة الطردية بين درجة الحرارة و الزمن ( يمكن تمثيلها بيانيا ) ، وبتكرار ما سبق مع تغيير شدة التيار ثم رسم العلاقة بين مربع شدة التيار ودرجة الحرارة نجد أن العلاقة خطية أيضا . |
رد: سلسلة المُساعد(8): شرح ومناقشة " القدرة الكهربائية "
هذه مجموعة من التعريفات للقدرة الكهربائية التي تصب في معنى واحد : القدرة الكهربائية : هي الطاقة المبذولة خلال وحدة الزمن . القدرة الكهربائية : هي استخدام الطاقة الكهربائية لأداء العمل خلال وحدة الزمن . القدرة الكهربائية : هي قدرة الجهاز على تنفيذ العملية التي خصص من أجلها باستهلاك الطاقة اللازمة خلال وحدة الزمن . القدرة الكهربائية : هي الطاقة الكهربائية المستهلكة خلال وحدة الزمن في دفع التيار الكهربائي عبر أجزاء الدائرة . وأستحسن صياغة التعريف بالطريقة التالية : القدرة الكهربائية : هي مقدار الطاقة الكهربائية التي يستهلكها الجهاز خلال وحدة الزمن. ومن التعريفات السابقة جميعا نستطيع صياغة القدرة الكهربائية بطريقة رياضية كما يلي : قد = ط / ز من القانون نلاحظ أن القدرة تقاس بوحدة ( جول / ثانية ) ، وتكافئها وحدة الواط ( ط ) 1 كيلو واط = 1000 واط إذا : عندما نقرأ من الشارة الملصقة على الجهاز أن القدرة الكهربائية للجهاز هي 100 واط ( 100 w) ، فهذا يعني أن قدرة الجهاز على تنفيذ العمل المطلوب من تسخين أو تبريد أو إضاءة أو تحريك أو أي عمل آخر يكون باستهلاك طاقة مقدارها 100 جول خلال ثانية واحدة . ملاحظة : قيمة القدرة الكهربائية مسجلة على الجهاز الكهربائي أو مذكورة في ورقة الإرشاد الخاصة به . http://www.phys4arab.net/uploood/nas..._power%206.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas..._power%205.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas..._power%204.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas..._power%207.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas..._power%208.jpg الجدول التالي يوضح قدرة بعض الأجهزة الشائعة : http://www.phys4arab.net/uploood/nas..._power%209.jpg ومن خلال القانون السابق ( قد = ط / ز ) نجد أن القدرة الكهربائية المستهلكة في جهاز كهربائي تساوي حاصل ضرب الجهد المزوَّد للجهاز في قيمة شدة التيار المار من خلاله ، كما في الاستنتاج التالي : قد = ط / ز = جـ× ش / ز = جـ × ت × ز / ز إذا : قد = جـ × ت هذه العلاقة تعطي القدرة الكهربائية المستهلكة في دائرة عندما يمر بها تيار شدته ( ت ) وفرق الجهد بين طرفيها ( جـ ) . ومن خلال قانون أوم يمكن التعويض عن جـ أو ت لنحصل على صورتين متكافئتين لقانون القدرة هما : قد = ت2 × م ، قد = جـ2 / م والشكل التالي يلخص جميع قوانين أوم و جول http://www.phys4arab.net/uploood/nas..._power%203.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas..._power%202.jpg ملاحظة مهمة : لا تطبق العلاقة ( قد = جـ × ت ) على الأجهزة التي تعمل بالتيار المتردد ، إلا بالنسبة للأجهزة التي تشتغل تحت التأثير الحراري( قانون جول ) مثل المصباح ، المكواة ، المدفأة ، الفرن الكهربائي . لا أعلم تعليل ذلك ؟ حساب تكاليف الاستهلاك : عندما يعمل جهاز قدرته الكهربائية ( قد ) كيلو واط خلال زمن قدره ( ز ) ساعة وكانت تكلفة ( تسعيرة ) الكيلو واط ساعة هو ( س ) هللة فإن تكاليف استهلاك هذا الجهاز بالهللة تعطي من العلاقة التالية : تكاليف الاستهلاك ( بالهللة )= قد × ز × س حيث ( قد ) بالكيلو واط , ( ز) بالساعة , ( سعر الكيلو واط ساعة ) بالهللات . توضيح : عندما نريد معرفة تكلفة استهلاك جهاز معين مثل : تكلفة ساعة من تشغيل مكيف هواء، فإن علينا أن نحسب هذه التكلفة بمعرفة قدرة الجهاز الاستهلاكية بالكيلو واط ( وهي موجودة في الشارة الملصقة على الجهاز) وكذلك زمن الاستهلاك بالساعة وتكلفة الكيلواوط ساعة بالهللة . ملاحظة : في الأجهزة التي يوجد فيها ثرموستات يتم ضبط عمل الجهاز وتشغيله بين فترة وأخرى ( مثل المكيف والخزانات الكهربائية المستخدمة في تسخين الماء ) يكون استهلاك الكهرباء الفعلي أقل من الحاصل الناتج من حساب القدرة × الزمن. معلومة : تباع الطاقة الكهربائية في المملكة بأسعار تقل كثيراً عن تكلفة الإنتاج ، وذلك لتيسير حصول المواطنين على احتياجاتهم من الطاقة بسعر مناسب فهو يتراوح ما بين 5 هللات إلى 15 هلله للكيلوواط ساعة ، بالإضافة (5) هللات على كل كيلو واط ساعة يستهلك من الكهرباء يزيد عن (2000) كيلوواط ساعة شهرياً . الفلاش التالي يحاكي سبب احتراق المصباح إذا كانت قدرته ضعيفة مقارنة بحاصل ضرب شدة التيار في فرق الجهد المسلط بدوائر التيار المستمر. http://www.phys4arab.net/uploood/nas..._power%201.rar |
رد: سلسلة المُساعد(8): شرح ومناقشة " القدرة الكهربائية "
ما يلي للإستزادة وإثراء المعلومات . مصادر القدرة الكهربائية تمد محطات القدرة الكهربائية الضخمة السكان بمعظم ما يحتاجونه من الكهرباء. وفي محطات القدرة يتم أولاً تسخير ضغط البخار أو اندفاع المياه لإدارة عمود آلة يطلق عليه التوربين (العنفة). ويدير هذا العمود مولدًا كهربائيًا يُحوِّل الطاقة الميكانيكية فيه إلى طاقة كهربائية. والمولد الكهربائي له جزء ثابت يعرف بالعضو الساكن وجزء متحرك يعرف بالعضو الدَوَّار. وفي المولدات الكهربائية الضخمة بمحطات القدرة يتكون العضو الساكن من مئات من لفات السلك. والعضو الدوَّار مغنطيس كهربائي كبير يُمَد بالكهرباء من مولد منفصل صغير يطلق عليه المستثير. ويدار العضو الدوار بطاقة ميكانيكية خارجية، ويتولد منه مجال مغنطيسي يدور مع دورانه. وينتج من دوران المجال المغنطيسي تولُّد جهد في لفات السلك الموجودة في العضو الساكن، مما يسبب سريان التيار الكهربائي. وتصنف محطات القدرة الكهربائية إلى: 1- محطات بخارية تعمل بالوقود الأحفوري؛ 2- محطات كهرومائية؛ 3- محطات نووية. وتنتج محطات أخرى متنوعة كميات صغيرة من الكهرباء. محطات القدرة الكهربائية البخارية التي تعمل بالوقود الأحفوريّ. تُولِّـد هذه المحطات حوالي 66% من إجمالي القدرة الكهربائية العالمية. وتحرق هذه المحطات الفحم الحجري أو النفط أو الغاز الطبيعي. ويطلق على هذه المواد الوقود الأحفوري لأنها تكونت من مواد أحفورية (بقايا من نباتات وحيوانات ما قبل التاريخ). ويحرق الوقود في غرفة احتراق لإنتاج حرارة، وتحوّل تلك الحرارة بدورها الماء إلى بخار في المرجل. ثم يمر البخار خلال أنابيب في جهاز يسمى السخان الفائق. وتحيط غازات الاحتراق الساخنة بالأنابيب المملوءة بالبخار في السخان الفائق لرفع ضغط البخار في الأنابيب ودرجة حرارتها. ويستخدم البخار فائق الحرارة، عالي الضغط لإدارة توربين بخاري ضخم. والتوربين له مجموعة من العجلات ذات الرّيَش المروحية مُركبة على عمود. وعندما يندفع البخار خلال التوربين يدفع الريش مما يسبب دوران كل من العجلات وعمود التوربين. ويدير عمود التوربين العضو الدوار للمولد الكهربائي، وبالتالي تتولد الكهرباء. وبعد مرور البخار خلال التوربين يدخل إلى مكثّف حيث يمر البخار حول أنابيب تحمل ماءً بارداً. وتمتص المياه الموجودة في الأنابيب الحرارة من البخار. وعندما يبرد البخار يتكثف إلى ماء. ويعاد ضخ هذا الماء إلى المرجل ليتحول إلى بخار مرة أخرى. وفي محطات قدرة عديدة تضخ مياه أنابيب التكثيف التي امتصت الحرارة من البخار إلى برك الرش أو برج التبريد، لتبريدها. وفي برك الرش تدفع المياه خلال فوهات ضيقة لتتحول إلى قطرات من الرذاذ. ويزيد الرذاذ من مساحة سطح المياه التي تتعرض للهواء، مما يؤدي إلى سرعة تبريدها. أما برج التبريد فله عدد من الأسطح المتتالية حيث تسقط المياه من سطح إلى آخر فتبرد نتيجة تعرضها للهواء. وبعد ذلك تُضخ المياه مرة أخرى إلى المكثف أو تصرف إلى بحيرة أو نهر أو تجمع مائي آخر. والمحطات التي تعمل بالوقود الأحفوريّ ذات كفاءة وموثوق بها ولكنها تتسبب في تلوث البيئة. وبعض المحطات لا تستخدم أبراج التبريد أو برك الرش فهي تصرف المياه الساخنة إلى البحيرات أو البرك أو الأنهار أو الجداول. ويؤدي ذلك إلى التلوث الحراري وإلى الإضرار بالحياة الحيوانية والنباتية في التجمعات المائية. وفي مناطق عديدة تحد القوانين من صرف المياه الساخنة لمحطات القدرة. ويحتوي الدخان المنبعث من احتراق الوقود الأحفوريّ على مواد كيميائية وجسيمات صغيرة تتسبب في تلوث الهواء في حالة خروجها إلى الغلاف الجوي. وتستخدم معظم محطات القدرة التي تحرق هذا الوقود معدات تحكم في التلوث للحد من مثل هذه الملوثات. وبرغم استخدام تلك المعدات، لم يقض تمامًا على تلوث الهواء بسبب حرق المحطات للوقود الأحفوري. محطات القدرة الكهرومائية. تُولِّد هذه المحطات حوالي22% من إجمالي القدرة الكهربائية العالمية. وتُحول تلك المحطات الطاقة الناتجة من سقوط المياه إلى طاقة كهربائية. وتستخدم محطة القدرة الكهربائية المياه المخزونة خلف السد. ويتدفق الماء خلال مجرى أو أنبوب إلى توربين مائي أو توربين هيدروليكي بالمحطة. وعندما يندفع الماء خلال التوربين يدُوَّر عمود التوربين الذي يدوّر المولد الكهربائي. وتستطيع محطات القدرة الكهرومائية ـ والتي يطلق عليها محطات كهرومائية ذات ضخ وتخزين ـ تخزين الطاقة بالأداء العكسي. فعندما يقل الطلب على الكهرباء تعمل المولدات في تلك المحطات كمحركات لإدارة التوربينات. وتعمل التوربينات عندئذ كمضخات لرفع الماء إلى الخزان ويستخدم الماء فيما بعد لتوليد الكهرباء. ومحطات القدرة الكهرومائية أقل تكلفة من المحطات التي تعمل بالوقود الأحفوري، ولا تسبب تلوث الهواء، ومع ذلك فإن عدد تلك المحطات محدود بسبب محدودية مصادر القدرة المائية والاختيار المناسب لمواقع السدود والخزانات. محطات القدرة النووية. تُولِّد هذه المحطات 11% من إجمالي القدرة الكهربائية العالمية، وتنتج المحطات النووية الكهرباء بنفس الطريقة المتبعة في المحطات التي تعمل بالوقود الأحفوري، ولكنها تستخدم جهازًا يسمّى المفاعل النووي بدلاً من غرفة احتراق الوقود. وينتج المفاعل النووي طاقة حرارية هائلة عن طريق انشطار نويات ذرات عنصر ثقيل. وتستخدم معظم المحطات النووية عنصر اليورانيوم وقودًا لمفاعلاتها. وتستغل الحرارة الناجمة من الانشطار النووي لتحويل الماء إلى بخار. ويدير البخار التوربين البخاري فيدير بدوره المولد الكهربائي. وبعد مرور البخار على التوربين يكثف ويعاد مرة أخرى إلى المحطة. وتستخدم معظم محطات القدرة النووية أبراج التبريد لتبريد المياه في أنابيب المكثف. تتطلب محطة القدرة النووية كمية من الوقود أقل كثيرًا من محطات الوقود الأحفوري لإنتاج كمية مماثلة من الكهرباء، كما أنها أقل تلويثًا للهواء، ولكنها تحتوي على مواد مشعة خطرة. ونتيجة لذلك فإنه يلزم لتشغيل تلك المحطات توفير أنظمة خاصة للسلامة لتساعد على منع الحوادث التي تؤدي إلى تسرب الإشعاع وسرعة التعامل معها. ويكلف إنشاء المحطات النووية أكثر من المحطات التي تعمل بالوقود الأحفوري بالنظر إلى التكاليف الإضافية لمعدات السلامة بها. وينتج من المحطات النووية نفايات مشعة تبقى لآلاف السنين مصدرًا للخطر ويجب التخلص منها بطريقة آمنة. مصادر أخرى للقدرة الكهربائية. تنتج مصادر أخرى كميات صغيرة نسبيًا من الكهرباء. فمحطات القدرة الحرارية الجوفية تستخدم البخار من أعماق الأرض لدفع التوربينات (العنفات) التي تدير بدورها المولد الكهربائي. وكانت المحطة الحرارية الجوفية، وكاتو، في نيوزيلندا التي افتتحت عام 1958م، هي المحطة الثانية في العالم من هذا النوع بعد المحطة الأولى التي أقيمت في لاندريلو بإيطاليا. وتسخِّر بعض محطات القدرة طاقة الرياح باستخدام طواحين الهواء لتدير المولدات الكهربائية. ويوجد في كاليفورنيا بالولايات المتحدة الأمريكية العديد من الحقول الهوائية التي تحتوي على مئات من التوربينات الهوائية الصغيرة التي تمدّ المنازل بالكهرباء حول مدينة لوس أنجلوس. ويستخدم عدد من محطات القدرة طاقة المد والجزر بالمحيط في تحريك التوربينات التي تدير المولدات. ويوجد أكبر تلك المحطات في العالم على نهر رانس بالقرب من سانت مالو بفرنسا. وقليل من محطات القدرة يحوِّل الطاقة الشمسية إلى كهرباء بوساطة الخلايا الشمسية. ولكن هذه الطريقة باهظة التكاليف. ومع ذلك فإن العلماء والمهندسين يدرسون طرق تحسين الخلايا الشمسية لإنتاج كميات كبيرة من القدرة الكهربائية بتكلفة أقل. وهناك طريقة بديلة لتسخير طاقة الشمس باستخدام مرايا لعكس أشعة الشمس إلى مرجل لتوليد البخار الذي يدير التوربين والمولد. وفي بارستو بكاليفورنيا بالولايات المتحدة الأمريكية توجد محطة للطاقة الشمسية قـدرتها 10 ملايين واط، تستخدم 1,200 مرآة لتركيز الضوء على مرجل فـي قمة البرج، ويتـم التحكم في دوران المـرايا بحاسوب يتتبع أشعة الشمـس. ولدى العديد من محطات القدرة الكهربائية توربينات غازية أو محركات ديزل لإدارة مولدات إضافية في أوقات ازدياد الطلب على القدرة الكهربائية. وتستخدم محركات الديزل أيضًا لإدارة المولدات في المناطق المعزولة التي لا تصل إليها خدمات شركات الكهرباء. ويوجد في العديد من المستشفيات والمصانع والبنايات السكنية محركات ديزل لإدارة المولدات في حالة حدوث عطل في توزيع الكهرباء المولدة من محطات القدرة الكهربائية. نقل وتوزيع القدرة الكهربائية تنقل الكهرباء المولدة من محطات القدرة الكهربائية إلى المدن أو مناطق أخرى، ثم توزع في المنازل والمصانع والمزارع و المكاتب ولكل مستهلك فردي. النقل. تنقل معظم الكهرباء من محطات القدرة عبر أسلاك معلقة يطلق عليها خطوط النقل. وتمديد الكبلات تحت الأرض أو الماء أكثر تكلفة من الأسلاك المعلقة، ولذا فإن استخدام الكبلات أقل من استخدام تلك الأسلاك. وعندما ينتقل تيار كهربائي عبر خطوط نقل فإن الخطوط تقاوم سريان التيار، وتتسبب المقاومة في فقدان التيار للطاقة. وللحد من الطاقة المفقودة تنقل الكهرباء من محطات القدرة الكهربائية بجهود عالية. وعندما يزداد الجهد فإن كمية التيار اللازم لنقل كمية محددة من القدرة الكهربائية تقل. وعندما يقل سريان التيار خلال خط فإن الطاقة المفقودة بسبب المقاومة تقل. والتيار الكهربائي إما أن يكون تيارًا مستمراً أو تيارًا متناوبًا. ويسير التيار المستمر في اتجاه واحد فقط، بينما يغير التيار المتناوب اتجاهه عدة مرات كل ثانية. ورفع جهد التيار المتناوب أسهل من رفع جهد التيار المستمر. ولذا فإن نقل التيار المتناوب أسهل من نقل التيار المستمر، ولهذا السبب فإن محطات القدرة الكهربائية تولد تياراً متناوباً. وتنتج محطة نموذجية لتوليد القدرة مليون كيلو ـ واط من القدرة الكهربائية عند جهد يصل إلى 22,000 فولت. ويُرفع الجهد باستخدام جهاز يُسمى محول رفع حيث يُرفع إلى 765,000 فولت لنقله. التوزيع. تحتاج بعض الصناعات الكبيرة إلى تيار ذي جهد عالٍ يصل إليها مباشرة من خطوط النقل. ولكن الجهد العالي غير آمن في المنازل والمكاتب ومعظم المصانع، لذا يلزم تقليل الجهد قبل توزيع الكهرباء عليها. وتنقل الكهرباء بجهد عالٍ بوساطة خطوط نقل إلى محطات نقل فرعية بالقرب من المناطق التي تستخدم القدرة الكهربائية. ويوجد في تلك المحطات الفرعية أجهزة تسمى محولات الخفض، تخفض الجهد إلى 12,500 وإلى 138,000 فولت. ثم يخفض الجهد مرة أخرى في محطات توزيع فرعية إلى2,000 فولت وإلى 34,500 فولت. وتحمل خطوط التوزيع تيار الجهد المتوسط مباشرة إلى مستهلكين تجاريين وصناعيين ومؤسسات. وتنقل خطوط التوزيع القدرة الكهربائية إلى محولات التوزيع على الأعمدة فوق الأرض أو في أقبية تحت الأرض. وتخفض محولات التوزيع الجهد إلى مستويات تناسب معظم المستهلكين. وتمد الأسلاك من المحولات إلى المنازل والمحلات والمكاتب وإلى مستهلكين آخرين. ويتلقى معظم هؤلاء المستهلكين القدرة الكهربائية ذات جهد 110 أو 220 فولت. تقديم خدمة موثوق بها. ينتج عن فشل أو تلف المعدات بسبب العواصف أو الحوادث انقطاع الخدمة المحلية للقدرة الكهربائية. ويطلق على هذا الانقطاع التعتيم. ويتابع المهندسون الذين يطلق عليهم موزعو الأحمال سريان التيار في شبكة التوزيع. وعندما يحدث التعتيم يقوم موزع الأحمال بإعادة الخدمة إلى المناطق المتأثرة عن طريق تعديل مسار التيار إلى تلك المناطق عبر خطوط نقل سليمة. ويتغير الطلب على الكهرباء غالباَ وبشكل كبير بين ساعة وأخرى. فعلى سبيل المثال، يسبب وجود سحب سوداء عاصفة مفاجئة زيادة الطلب نظرًا لأن مصابيح كهربائية عديدة سوف تضاء. ويتنبأ موزع الأحمال بتغيرات الطلب، ويعدل تبعًا لذلك توليد ونقل القدرة. وعندما يتجاوز الطلب سعة التوليد في محطة ما يمكن لموزع الأحمال أن يخفض الجهد لمنع حدوث التعتيم. وفي هذه الحالة يمكن أن يؤدي ذلك إلى تلف الأجهزة الكهربائية أو قلة كفاءتها في العمل. يمكن ربط شبكات النقل لشركات الكهرباء لتكوّن ما يعرف بمجمع القدرة. وتمكّن مجمعات القدرة الشركات من تلقي قدرة إضافية بعضها من بعض أثناء الطوارئ. وتستخدم شركات الكهرباء الحاسوب للتحكم في إمداد وتدفق الكهرباء خلال شبكات النقل. صناعة القدرة الكهربائية يطلق على الهيئات التي تولد وتنقل وتوزع القدرة الكهربائية المصالح الكهربائية. وتكون كل مصلحة كهربائية تقريبا هي المزود الوحيد للكهرباء في منطقة معينة. وفي معظم الأقطار تقوم الجهات الحكومية بتنظيم المصالح الكهربائية لضمان متطلبات الخدمة للجمهور، وفي بعض الأقطار تمتلك الحكومة جميع المصالح الكهربائية. وفي بعض الأقطار الأخرى ربما يشارك مساهمون أو جمعيات تعاونية الحكومة في امتلاك المصالح الكهربائية. وتعتبر الولايات المتحدة الأمريكية أكبر مستهلك ومولد للكهرباء في العالم، حيث يوجد بها 3,300 مصلحة كهربائية ويمتلك القطاع الخاص منها حوالي 200 مصلحة، وتشكل هذه المصالح نحو 75% من سعة التوليد الكهربائية للبلاد. وتمتلك باقي المصالح جمعيات تعاونية أو مؤسسات قدرة عامة أو هيئات حكومية. وتستطيع بعض الأقطار توليد كهرباء أكثر من حاجتها حيث يكون الفائض متاحًا للتصدير. وتصدر كندا الكهرباء إلى الولايات المتحدة، وتصدرها فرنسا إلى المملكة المتحدة، وتصدرها ـ كذلك ـ العديد من الدول الإفريقية إلى جيرانها. نبذة تاريخية كانت إضاءة المصابيح الخاصة بالمنارات إحدى التطبيقات العملية الأولى لاستخدام القدرة الكهربائية. ففي عام 1858م كانت المنارة المقامة في جنوب فوريلندا بالقرب من دوفر ببريطانيا أول منارة تعمل بالكهرباء، حيث كان مولدها يغذي مصباحًا قوسيًا. وينتج المصباح القوسي ضوءًا ساطعًا من القوس الكهربائي. انظر: القوس الكهربائي. ومع بداية سبعينيات القرن التاسع عشر الميلادي استخدمت تلك المصابيح في إضاءة بعض المناطق كمحطات السكك الحديدية والمصانع والميادين العامة في المدن الكبرى بأوروبا والولايات المتحدة. وفي عام 1879م بدأت شركة كاليفورنيا للكهرباء والإضاءة بسان فرانسيسكو بالولايات المتحدة بتشغيل أول محطة قدرة مركزية في العالم لبيع الكهرباء للمستهلكين. وفي عام 1879م أيضًا تمكن المخترع الأمريكي توماس أديسون من تصميم مصباح مثالي يعطي ضوءًا من فتيلة عندما تسخن بمرور التيار الكهربائي. وفي عام 1881م بدأ الإمداد العام للكهرباء ببريطانيا في جودالمنج بمقاطعة سري، وظلت الشركات الخاصة والهيئات المحلية تزود بريطانيا بالكهرباء حتى عام 1948م حيث انتقل النظام الكهربائي إلى إشراف الدولة. ولكن، في عام 1990م وعام 1991م عادت معظم نظم التوليد والتوزيع في بريطانيا إلى ملكية القطاع الخاص. وفي عام 1956م بدأ تشغيل أول محطة قدرة نووية كبيرة في كالدر هول بشمال غربي إنجلترا. وفي عام 1966م افتتحت أول محطة في العالم تعمل بقدرة المد والجزر في نهر رانس بشمال فرنسا. القدرة الكهربائية حاليًا. يستمر الطلب على القدرة الكهربائية في النمو. ولذا يجب على شركات الكهرباء التخطيط الجيد في التوسع لمقابلة هذه الزيادة المستمرة في الطلب. ولكن بناء محطات قدرة جديدة مكلف ويستغرق سنوات عديدة. ولقد ألغيت عدة خطط لمحطات نووية نظرًا للارتفاع الهائل في تكلفة الإنشاءات بالإضافة إلى خوف الرأي العام من عدم سلامتها بسبب النفايات النووية. وهناك بحوث مكثفة تجري على الاندماج النووي لكن سوف تمضي سنوات قبل أن يكتب لها النجاح. ومصادر الوقود الأحفوري ستئول إلى التوقف فيما بعد، ولكن العلماء يعتقدون أن الطاقة من باطن الأرض والشمس والرياح والمحيطات يمكن أن تُستخدم على نطاق واسع لإنتاج القدرة الكهربائية بشكل أرخص وأكثر كفاءة في المستقبل. |
رد: سلسلة المُساعد(9): شرح ومناقشة " قانونا حفظ الطاقة والشحنة"
مر بنا في السنوات الماضية دراسة قانون حفظ الطاقة , وهذا القانون ينطبق على كافة أشكال الطاقة – بما فيها الطاقة الكهربائية – فالطاقة الكهربائية الناتجة من المولد في دائرة كهربائية تساوي الطاقة المستهلكة في أجزاء الدائرة المختلفة , ويمكن صياغة قانون حفظ الطاقة بالنسبة لدائرة كهربائية كما يلي : الطاقة الكلية لأي دائرة كهربائية هي مقدار ثابت ، أي أنها لا تزداد و لا تنقص بل تتحول من شكل إلى آخر . كذاك ، مر بنا في دروس الكهرباء الساكنة وتحديدا في " شحن الأجسام بالتأثير" أن الشحنات التي يفتقدها جسم يكتسبها جسم آخر، أي أن كمية الشحنات الكهربائية على الأجسام تبقى ثابتة لا تزداد ولا تنقص بل تنتقل من جسم لآخر وهذا هو " مبدأ حفظ الشحنة " . وبالمثل يمكن تطبيق هذا المبدأ على الشحنات الكهربائية المتحركة حيث أنها أثناء انتقالها عبر أجزاء الدائرة الكهربائية لا تُفقد وإنما تََََفقد بعض طاقتها , ويمكن إعادة صياغة القانون بالنسبة للشحنات الكهربائية بما يسمى قانون حفظ الشحنة كما يلي : كمية الشحنة الكهربائية في دائرة كهربائية معزولة هي مقدار ثابت . تطبيق قانوني حفظ الشحنة والطاقة على دائرة كهربائية بسيطة : الشكل التالي يمثل دائرة كهربائية تتكون من جهاز كهربائي مقاومته (م) ، ومولد قوته المحركة (قم) ومقاومته الداخلية (م .) – سيتضح مفهوم المقاومة الداخلية للبطارية في الدرس القادم – http://www.phys4arab.net/uploood/nas...of_charge2.gif http://www.phys4arab.net/uploood/nas...of_charge3.jpg والآن لنطبق قانون حفظ الطاقة على هذه الدائرة : الطاقة التي ينتجها المولد ( ط ) يستهلك جزء منها في مقاومة المولد ( ط0 ) والجزء الآخر في مقاومة الجهاز الكهربائي ( ط1 ) . وحسب قانون حفظ الطاقة فإن : الطاقة الناتجة = الطاقة المستهلكة ط = ط0 + ط1 ===> (1) ولكن الطاقة الناتجة من المولد (ط) = قم × ش = قم × ت × ز ===> (2) وكذلك الطاقة المستهلكة في المقاومة = ت2 × م × ز ===> (3) وبالتعويض من 2 , 3 في 1 نجد أن : قم × ت × ز = ت2 × م0 × ز + ت2 × م × ز قم = ت × م0 × + ت × م قم = ت ( م0 + م ) وبشكل عام : مجموع (قم) = ت مجموع (م) وتمثل هذه العلاقة المعادلة العامة للدائرة البسيطة |
رد: سلسلة المُساعد(10): شرح ومناقشة " العلاقة بين فرق الجهد والقوة المحركة الكهربية "
ذكرنا في الدرس الثاني أنه في حالة مرور تيار كهربائي فإن الفرق بين القوة المحركة للمولدة وفرق الجهد هو أن : القوة المحركة الكهربائية: تمثل الطاقة المكتسبة لوحدة الشحنات الكهربائية من المولد بينما فرق الجهد : الطاقة المفقودة من وحدة الشحنات الكهربائية بين هاتين النقطتين في الدائرة الكهربائية . وبمعنى آخر نقول أن القوة المحركة الكهربائية هي مصدر فرق الجهد الكهربائي ، ولكن هل هما متساويان ؟ للإجابة على هذا السؤال ، لنأخذ دائرة كهربائية بسيطة ، مكونة من بطارية ومقاومة ( مصباح ) كما في الصورة التالية : http://www.phys4arab.net/uploood/nas...of_charge2.gif http://www.phys4arab.net/uploood/nas...of_charge3.jpg يتحرك التيار اصطلاحا من طرف البطارية الموجب إلى طرف البطارية السالب ، وحتى تكتمل دورة التيار فلابد من أن يعبر التيار في البطارية من القطب السالب إلى القطب الموجب ، ليبدأ بعد ذلك دورته من جديد . وهذا يعني أن التيار داخل المولد ينتقل اصطلاحا من القطب السالب إلى القطب الموجب بعكس حركته في الدائرة الخارجية . والسؤال الثاني المطروح هنا : هل حركة التيار عبر البطارية تلقى مقاومة أم لا ؟ الجواب أن التيار يلقى مقاومة بسبب وجود مقاومة داخلية للمولد (م0) ، ففي حالة البطاريات تنشأ المقاومة الداخلية بسبب المركبات الكيميائية ، أما في حالة المولدات فتنشأ بسبب وجود أسلاك في أجزاء المولد المختلفة . من هنا فإن نستطيع أن نجيب على السؤال الأول فنقول أن القوة المحركة الكهربائية للمولد لا تساوي فرق الجهد ، بل سيكون دائما أكبر من فرق الجهد بين طرفيه . ويمكننا أستنتاج ذلك رياضيا ، فمن العلاقة التي توصلنا لها في قانون حفظ الشحنة : قم = ت × م0 + ت × م ومن قانون أوم : ت × م = جـ إذا : قم = جـ + ت × م0 . قم = ت ( م. + م ) ومن هذه العلاقة نلاحظ أن القوة المحركة للمولد تساوي فرق الجهد بين طرفيه في حالتين فقط هما : الحالة الأولى : عندما تكون م0 صغيرة جدا بحيث تصبح ت × م 0 = صفر وعندها تصبح قم = جـ . الحالة الثانية : عندما تكون الدائرة مفتوحة ( لا يمر تيار في الدائرة ) فيصبح ت × م0 = صفر وعندها قم = جـ . والفلاشات التالية توضح هذه الحالات : http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistance.rar ونظرا لأن المولدات لا تخلو من مقاومة داخلية فإن الحالة الثانية هي المستخدمة لحساب قيمة القوة المحركة للمولدات , حيث يوصل فولتميتر ذو مقاومة كبيرة جدا بين طرفي المولد , عندها لا يمر تيار في المولد فتصبح قراءة الفولتميتر مساوية للقوة المحركة للمولد . قياس القوة المحركة والمقاومة الداخلية عمليا خطوات العمل 1- صل الدائرة كما في الشكل التالي : http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistance1.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistance8.jpg 2- زد من قيمة المقاومة المتغيرة إلى أعلي قيمة لها . 3- أغلق القاطعة . 4- قلل في قيمة المقاومة المتغيرة حتى تلاحظ مرور تيار في الدائرة , وسجل قراءة المللي أميتر ( ت ) والفولتميتر ( جـ ) مرة أخرى . 5- كرر الخطوة السابقة عدة مرات وسجل النتائج في الجدول التالي . 6- ارسم العلاقة البيانية لفرق الجهد ( قراءة الفولتميتر ) بدلالة شدة التيار ( قراءة المللي أميتر ) . 7- مد المستقيم الذي حصلت عليه حتي يقطع محور جـ . 8- أوجد ميل الخط المستقيم الذي حصلت عليه . إن مقدار ميل هذا الخط المستقيم يساوي مقدار قيمة المقاومة الداخلية للمولد المستخدم في التجربة . ومن ليس لديه هذه الأدوات ، يمكنه التحقق من ذلك بإستخدام برنامج : PhysicsLab http://www.physicslab.co.uk/boymouse.gif تفضل بتحميله عبر الرابط التالي : http://www.physicslab.co.uk/index.htm هذه هي النتائج بإستخدام البرنامج : |
رد: سلسلة المُساعد(11): شرح ومناقشة " توصيل المقاومات "
توصيل المقاومات Combination of Resistors في كثير من الأحيان يتطلب توصيل عدة مقاومات في الدائرة الكهربية ويكون توصيلها بطرق ثلاث إما على التوالي series أو على التوازي parallel أو مختلط توازي وتوالي ، وهذه صور بعض الأجهزة التي توضح هذا التوصيل : http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors1.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors2.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors3.jpg التوصيل على التوالي Resistors in Series يقصد بالتوصيل على التوالي ( التسلسل ) بشكل عام - سواء مقاومات أو مولدات أو أجهزة ... الخ - ، هو أن تتصل تلك المكونات بصورة متتالية، بحيث يكون طرف كل مكون من مكونات الدائرة، متصلا بطرف واحد من المكون الذي قبله وبطرف واحد من المكون الذي يليه ، كما في الصور والفلاشات التالية : http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors5.gif http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors4.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors7.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors9.jpg [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors1.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash] [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors2.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash] [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors3.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash] [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors6.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash] [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors4.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash] [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors5.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash] لحفظ الفلاشات أعلاه ( أضغط على الروابط التالية بزر الفأرة الأيمن ، ثم أختر حفظ الهدف باسم ): http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors1.swf http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors2.swf http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors3.swf http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors6.swf http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors4.swf http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors5.swf و نجد في هذا التوصيل ما يلي : 1 – التيار المار في جميع المقاومات سيكون هو نفسه بناءً على قانون حفظ الشحنة. ت = ت1 = ت2 = ت3 = ... ويمكن تشبيه سريان التيار في مقاومات متصلة على التوالي بسريان الماء خلال أنبوب يتحكم في سريان الماء فيه عدة محابس ( صمامات ) ، فجميع المحابس تصلها نفس كمية الماء . ملاحظة : عند إضافة مقاومات أخرى موصلة على التوالي في دارة كهربائية فستلاحظ أن شدة التيار الكلي بعد إضافة المقاومات سيكون أقل من شدة التيار الكلي قبل إضافة المقاومات و في نفس الوقت ستكون شدة التيارات هي نفسها في المقاومات ، فمثلا تضيء المصابيح الموصولة على التوالي بشكل باهت كلما زاد عددها . [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors14.swf]WIDTH=600 HEIGHT=500[/flash] http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors5.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors6.jpg 2 - يتوزع فرق جهد الدائرة على المقاومات . جـ = جـ1 + جـ2 + جـ3 + ... 3 –المقاومة الكلية لمجموعة من المقاومات المتصلة على التوالي تكون أكبر ، ويمكن استنتاج ذلك كما يلي : من قانون حفظ الطاقة فإن : ط المستهلكة = ط1 + ط2 + ط3 + ....===> (1) ومن قانون حفظ الشحنة ش = ش1 = ش2 = ش3 = ... .... وبقسمة (1) على (ش) نجد أن : ط/ش = ط1/ش + ط2/ش + ط3/ش + ... ===> (2) وبالتعويض عن ط = جـ × ش في المعادلة (2) ، نجد أن : جـ×ش/ش = جـ1×ش/ش + جـ2×ش/ش + جـ3×ش/ش + ... أي أن : جـ = جـ1 + جـ2 + جـ3 + ... ومن قانون أوم : جـ = ت × م ت × م1 = ت × م2 + ت × م3 + ت × م4 ( بما أن التيار هو نفسه ) م الكلية = م1 + م2 + م3 + ..... 4 – تتوزع القدرة الكلية على المقومات بما أن : جـ = جـ1 + جـ2 + جـ3 + ... ومن قانون القدرة قد = جـ × ت ، جـ = قد / ت قد / ت = قد1 / ت + قد2 / ت + قد3 / ت + ... قد = قد1 + قد2 + قد3 + ... الخلاصة : في التوصيل على التوالي : 1 - التيار المار في جميع المقاومات هو نفسه 2 - يتوزع فرق الجهد الكلي على المقاومات 3 - المقاومة الكلية هي مجموع المقاومات ( تكبير المقاومة الكلية ) 4 - تتوزع القدرة على جميع المقاومات . يعاب على توصيل التوالي أنه عندما تتعطل مقاومة فإن الدائرة بأكملها تتعطل . التوصيل على التوازي Resistors in Parallel يقصد بالتوصيل على التوازي بشكل عام ( سواء مقاومات أو مولدات أو أجهزة ... الخ ) ، هو أن يتصل أي مكون بين طرفي مكون آخر ، كما في الصور والفلاشات التالية : http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors11.gif http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors10.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors11.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors12.jpg [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors7.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash] [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors8.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash] [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors9.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash] [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors12.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash] [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors10.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash] [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors11.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash] لحفظ الفلاشات أعلاه ( أضغط على الروابط التالية بزر الفأرة الأيمن ، ثم أختر حفظ الهدف باسم ): http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors7.swf http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors8.swf http://www.phys4arab.net/uploood/nas...Resistors9.swf http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors12.swf http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors10.swf http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors11.swf وفي هذا التوصيل يصبح لدينا ما يلي : 1 – يتوزع التيار ( يتفرع ) على المقاومات ت = ت1 + ت2 + ت3 + ... ويشبه سريان التيار الكهربائي في المقاومات المتصلة على التوازي سريان الدم في الأوعية الدموية داخل جسم الإنسان حيث أن الدم يتوزع على الشعيرات الدموية عندما يصلها من أحد الشرايين , ثم يعود ويتجمع في الأوردة مرة أخرى . 2 – فرق الجهد في جميع المقاومات هو نفسه ، لأنها جميعا مربوطة بين طرفيه جـ = جـ1 = جـ2 = جـ3 = ... ولهذا تضيء المصابيح في الدارة الموصولة على التوازي بشكل أقوى من مصابيح الدارة الموصولة على التوالي ، لأن كل مصباح في الدارة الموصولة على التوازي يحصل على الكمية الكافية من البطارية . ولأن توصيل التوازي يقلل من قيم مقاومات المصابيج مجتمعة . 3 –المقاومة الكلية لمجموعة من المقاومات المتصلة على التوازي تكون أقل ، ويمكن استنتاج ذلك كما يلي : ت = ت1 + ت2 + ت3 + .... ت = جـ / م جـ / م1 = جـ / م1 + جـ / م1 + جـ / م1 + ... 1/م = 1/م1 + 1/م2 + 1/م3 + ... 4 – تساوي القدرة الكلية قدرة كل مقاومة بما أن : ت = ت1 + ت2 + ت3 + .... ومن قانون القدرة قد = جـ × ت ، ت = قد / جـ قد / جـ = قد1 / جـ + قد2 / جـ + قد3 / جـ + ... قد = قد1 + قد2 + قد3 + ... وهذه العلاقة، هي نفسها العلاقة، التي تنطبق على حالة الدوائر الكهربية الموصلة على التوالي، والتطابق ناتج، من أن مصدر الطاقة، هو المسؤول عن بذل الشغل، لدفع التيار الكهربي في جميع مكونات الدائرة؛ يستخلص من ذلك أن طريقة التوصيل الكهربي للدائرة، تؤثر في توزيع الجهد أو التيار الكهربي بين مكونات الدائرة، ولكن تبقى القدرة الكهربية المستهلكة في مكونات الدائرة ثابتة في جميع الأحوال، ولا ترتبط بأسلوب التوصيل. الخلاصة : في التوصيل على التوازي : 1 - فرق في جميع المقاومات هو نفسه 2 - يتوزع التيار الكلي على المقاومات 3 - المقاومة الكلية هي أصغر من أصغر مقاومة ( تصغير المقاومة الكلية ) 4 - تتوزع القدرة على جميع المقاومات . 5 - تستخدم في المنازل http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors23.jpg مقارنة بين إضاءة المصابيح في التوصيل على التوالي وعلى التوازي : http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors13.gif لعلك أن تثير تساؤل الطلاب بعدم صعق العصفور ! http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors24.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors25.jpg فيديو عربي يشرح توصيل المقاومات http://www.phys4arab.net:80/uploood/..._Resistors.rar التوصيل المختلط، التوالي والتوازي معاً في دائرة كهربية واحدة http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors14.jpg [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Combination_of_Resistors13.swf]WIDTH=400 HEIGHT=350[/flash] لحفظ الفلاش أعلاه ، أضغط على الرابط التالي بزر الفأرة الأيمن ثم أختر حفظ باسم : http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors13.swf يلاحظ في العديد من الدوائر الكهربية، أن بعض المكونات متصلة على التوالي، حتى يمر بها التيار الكهربي نفسه، وبعض المكونات الأخرى متصلة على التوازي، حتى يقع على أطرافها فرق الجهد الكهربي نفسه؛ وهذا الأسلوب من التوصيل للدوائر الكهربية، يلجأ إليه عندما يكون من الضروري، توفير قيم مختلفة من التيار الكهربي، ومن الجهد الكهربي من مصدر تغذية كهربية واحد، مثل حالة أربعة مصابيح كهربية، كل منها يحتاج لفرق جهد 120 فولت، ليعطي إضاءة بقدرة 100 وات، مطلوب توصيلها جميعاً، مع استخدام المصدر الكهربي المتاح، وهو مصدر يحقق فرق جهد مقداره 240 فولت، فإذا تم توصيل المصابيح الأربعة على التوالي مع المصدر انطبق على كل منها 60 فولت فقط، وهذا الجهد لا يكفي، بطبيعة الحال، للحصول على الإضاءة المناسبة من المصابيح، وإذا تم توصيل المصابيح الأربعة على التوازي، مع المصدر، انطبق على كل مصباح فرق جهد 240 فولت، الأمر الذي يؤدي إلى تلف المصابيح كلها؛ ولحل هذه المشكلة يلزم توصيل كل مصباحين معاً، على التوالي في فرع واحد، ثم توصيل الفرعين معاً على التوازي، فيقع على كل فرع فرق جهد240 فولت، ويقع على كل مصباح 120 فولت، وهو الجهد المناسب لتحقيق الإضاءة المناسبة . http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors15.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors16.png http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors22.jpg تبسيط الدوائر http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors16.gif http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors20.gif http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors17.gif http://www.phys4arab.net/uploood/nas...esistors18.gif |
رد: سلسلة المُساعد(12): شرح ومناقشة " توصيل المولدات"
توصيل المولدات Connected of batteries بمثل ما ذكرنا في توصيل المقاومات ، نحتاج أحيانا إلى توصيل عدة مولدات في الدائرة الكهربية ويكون توصيلها بطرق ثلاث : التوصيل على التوالي batteries in Series في هذا النوع من التوصيل يتم ربط القطب السالب لمولد مع القطب الموجب لمولد آخر يليه . ، كما في الصور التالية : http://www.phys4arab.net/uploood/nas...atteries19.png http://www.phys4arab.net/uploood/nas...batteries1.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...batteries2.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...batteries3.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...batteries4.gif http://www.phys4arab.net/uploood/nas...batteries5.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...batteries6.png و يصبح لدينا ما يلي : 1- التيار هو نفسه في كافة أجزاء الدائرة . 2- المقاومة الكلية الداخلية تساوي مجموع المقاومات الداخلية للمولدات . 3- القوة المحركة الكلية تساوي مجموع القوى المحركة للمولدات ( تكبير للقوة المحركة ) ونثبت ذلك من قانون حفظ الطاقة : ط = ط1 + ط2 ===> (1) ولكن : ط = قم × ش إذا قم الكلية × ش = قم1 × ش + قم 2 ش قم الكلية = قم1 + قم 2 وبشكل عام : قم الكلية = قم ن ( ن : عدد المولدات على التوالي ) التوصيل على التوازي batteries in Parallel نقول عن عدد من المولدات إنها متصلة على التوازي إذا وصلت الأقطاب المتشابهة مع بعضها ويشترط في توصيل المولدات على التوازي أن تكون متماثلة ( لها نفس القوة المحركة الكهربائية ونفس المقاومة الداخلية ) أما إذا اختلفت المولدات فإن المولد ذا القوة المحركة الأقل سيتسبب في استهلاك طاقة المولد ذي القوة المحركة الأكبر وهذا يسبب إهدارا للطاقة الكهربائية . ، كما في الصور التالية : http://www.phys4arab.net/uploood/nas...atteries18.png http://www.phys4arab.net/uploood/nas...batteries7.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...batteries8.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...batteries9.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...atteries10.gif http://www.phys4arab.net/uploood/nas...atteries11.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...atteries12.png http://www.phys4arab.net/uploood/nas...atteries13.jpg و يصبح لدينا ما يلي : 1 – شدة التيار الكلية تساوي مجموع التيارات الخارجة من المولدات ( تكبير للتيار ) 2 – تعطى المقاومة الكلية بالقانون 1/م. = 1/م1. + 1/2. + 1/2. 3- القوة المحركة الكلية هي نفسها لأي مولد . ط الكلية = ط1 + ط2 + ط3 ولكن ط = قم × ت × ز إذا : قم الكلية × ت الكلي × ز = قم × ت × ز + قم × ت × ز + .... قم الكلية × ت الكلي = قم × ت + قم × ت + .... وبأخذ قم عامل مشترك قم الكلية × ت الكلي = قم ( ت + ت + ت + ..... ) ولكن : ت الكلي = ( ت + ت + ت + .... ) إذا : قم الكلية = قم أي أن القوة المحركة الكلية = القوة المحركة لأي مولد صور مقارنة بين التوصيل على التوالي وعلى التوازي : http://www.phys4arab.net/uploood/nas...atteries14.gif http://www.phys4arab.net/uploood/nas...atteries15.gif http://www.phys4arab.net/uploood/nas...atteries20.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...atteries21.jpg التوصيل المختلط : نحصل منه على زيادة القوة المولدة وشدة التيار ، كما في الصور التالية : http://www.phys4arab.net/uploood/nas...atteries16.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...atteries17.gif العدد الكلي للمولدات = ن × ل ن ==> عدد الصفوف . ل ==> عدد المولدات في كل صف . إذا : قم الكلية = ل × قم1 م0الكلية = ( ل × م0 ) / ن والجدول التالي للمقارنة : http://www.phys4arab.net/uploood/nas...atteries22.jpg |
رد: سلسلة المُساعد(13): شرح ومناقشة " قانونا كرشوف"
قانونا كيرشوف Kirchhoff's laws غوستاف روبرت كيرشوف (12 مارس 1824 - 17 أكتوبر 1887) فيزيائي ألماني كان له دور كبير في فهم عمل الدوائر الكهربية. بداية يمكن تقسيم الدوائر الكهربية إلى ثلاث أقسام : الدوائر البسيطة و الدوائر المعقدة التي يمكن إرجاعها تحل بقوانين التوالي والتوازي وقانون أوم مباشر، مثل الدوائر التالية :( 1 ) بسيطة . http://www.phys4arab.net/uploood/nas...#39;s_Law4.JPG http://www.phys4arab.net/uploood/nas...#39;s_Law5.JPG http://www.phys4arab.net/uploood/nas...#39;s_Law1.gif http://www.phys4arab.net/uploood/nas...#39;s_Law2.gif http://www.phys4arab.net/uploood/nas...#39;s_Law3.gif وأما الدوائر المعقدة التي لا يمكن إرجاعها تحل بقوانين كيرشوف ، مثل الدائرة التالية : ملاحظة 1 : ستقتصر في دراستنا على أبسط الدوائر المعقدة ، وهي المكونة من ثلاث حلقات ، فمثلا ...الدائرة التالية مكونة من ثلاث حلقات حلقة يمنى ، حلقة يسرى ، الحلقة الكبيرة وكذلك الدائرة التالية مكونة من ثلاث حلقات حلقة عليا ، حلقة سفلى ، الحلقة الكبيرة [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Kirchoff's_Law1.swf]WIDTH=400 HEIGHT=450[/flash] http://www.phys4arab.net/uploood/nas...#39;s_Law1.swf ملاحظة 2 : بما أن لدينا ثلاث حلقات ،إذا سيكون لدينا نقطتي تفرع ... وتذكروا هذه القاعدة : عدد الحلقات = عدد نقاط التفرع + 1 عدد التيارات = عدد نقاط التفرع + 1 نص قانونا كرشوف القانون الأول لكرشوف : مجموع شدة التيارات الداخلة إلى نقطة تفرع معينة ،تساوي مجموع شدة التيارات الخارجة من هذه النقطة وقد بُني هذا القانون على مبدأ عدم قدرة الشحنات الكهربائية على التجمع عند أي نقطة في دائرة مغلقة. ت الداخلة = ت الخارجة لحفظ الفلاش التالي ، أضغط بزر الفأرة الأيمن ثم أختر حفظ بإسم : [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Kirchoff's_Law2.swf]WIDTH=400 HEIGHT=450[/flash] http://www.phys4arab.net/uploood/nas...#39;s_Law2.swf http://www.phys4arab.net/uploood/nas...39;s_Law10.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/nas...#39;s_Law9.gif http://www.phys4arab.net/uploood/nas...39;s_Law12.gif http://www.phys4arab.net/uploood/nas...39;s_Law13.gif http://www.phys4arab.net/uploood/nas...39;s_Law14.gif http://www.phys4arab.net/uploood/nas...39;s_Law15.gif القانون الثاني لكرشوف : مجموع الجهود لدائرة مغلقة يساوي الصفر ورياضيا نقول ، لأي مسار مغلق فإن : مجموع قم = مجموع ت × م شاهد الفلاشات التالية : [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Kirchoff's_Law3.swf]WIDTH=400 HEIGHT=450[/flash] [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Kirchoff's_Law4.swf]WIDTH=400 HEIGHT=450[/flash] [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Kirchoff's_Law5.swf]WIDTH=400 HEIGHT=450[/flash] http://www.phys4arab.net/uploood/nas...#39;s_Law3.swf http://www.phys4arab.net/uploood/nas...#39;s_Law4.swf http://www.phys4arab.net/uploood/nas...#39;s_Law5.swf وكذلك هذه الصور : http://www.phys4arab.net/uploood/nas...39;s_Law16.gif http://www.phys4arab.net/uploood/nas...39;s_Law17.gif http://www.phys4arab.net/uploood/nas...39;s_Law18.gif وبتعبير آخر فإن فرق الجهد يزداد عبر المصادر بنفس القيمة التي ينخفض بها عبر نبائط الخرج. فإذا بدأنا مثلاً عند قاعدة إحدى بطاريتي مشعل كهربائي، فإن القوة الدافعة الكهربائية ترتفع خلال كل بطارية بمقدار واحد ونصف لكل بطارية، وبالتالي تصبح الزيادة الكلية ثلاثة فولتات. ويكون مقدار الهبوط في فرق الجهد ثلاثة فولتات تسري خلال المصباح. ولتبسيط ..قانون كيرشوف الثاني . نقول أن لدينا في قانون كرشوف الثاني طرفين ، طرف أيمن وطرف أيسر الطرف ، الطرف الأيسر هو عبارة عن مجموع فروق الجهد الكهربية في الدائرة المغلقة . أي أنه مجموع حاصل ضرب كل تيار في المقاومات التي يمر فيها مع الأخذ في الاعتبار الاتجاه الذي نفترضه لسير لتيار في كل حلقة بمعنى: نفترض اتجاه موجب للتيار أما مع عقارب الساعة أو ضد عقارب الساعة ، ثم إن كان التيار في نفس اتجاه التيار الذي افترضناه كان التيار موجب ، وإن كان التيار عكس الاتجاه التيار الذي افترضناه كان التيار سالب. الطرف الأيمن هو عبارة عن مجموع قيم المولدات في الدائرة المغلقة ، مع الأخذ في الاعتبار الاتجاه الذي نفترضه لسير لتيار في كل حلقة ، فإن كان اتجاه التيار الذي افترضناه يخرج من القطب الموجب للمولد كانت قم موجبة ، وإن كان اتجاه التيار الذي افترضناه يخرج من القطب السالب للمولد كانت قم سالبة ش |
رد: سلسلة المُساعد(13): شرح ومناقشة " قانونا كرشوف"
خطوات حل مسائل الدوائر المعقدة بقانونا كرشوف مع مسألة كتطبيق على كل خطوة : وقبل ذلك هذه إضافة رائعة من أخي الكريم ( الفريـــد ) سؤال مهم جدا : متى تكون الدائرة معقد لا يمكن تبسيطها ؟؟ هذا السؤال يضع الطالب أو القاريء في الطريق الصحيح عند حل التمارين ، الجواب : - المولدين المربوطين على التوازي . الأصل التماثل فإن اختلفا استخدمنا قوانين كيرشوف . - مولدين بينهما مقاومة و نقطة تفرع أو مقاومتين بينهم مولد و نقطة تفرع . - مولد محصور بين مقاومتين و احدى المقاومتين محصورة بين المولدين . مع ملاحظة أن قانونا كيرشوف صالحة لكل الدوائر الكهربية و هذه الملاحظات عند محاولة تبسيط الدوائر هل هو ممكن أم غير ممكن . ملف للإطلاع فقط http://www.phys4arab.net/uploood/freed/kershooof.pdf وهذا عرض فلاش شكويف عن دوائر كيرشوف : [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Kirchoff.dir]WIDTH=750 HEIGHT=480[/flash] لحفظ عرض الشكويف أضغط على الرابط التلاي بزر الفأرة الأيمن ثم أختر حفظ الهدف بإسم : http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Kirchoff.dir تحتاج إلى مُشغل الشكويف ، ويمكنك فتحه بمتصفح الإكسبلور مسألة 1 : أحسب شدة التيارات : ت 1 ، ت2 ، ت3 الخطوة الأولى : نبسط الدائرة قدر المكان نلاحظ من المسألة المعطاة أننا نستطيع أن نبسط المقاومات في الضلع و هـ فتوجد مقاومتان مربوطتان على التسلسل، نوجد المقاومة المكافئة لهما : م = م1 + م2 = 1 + 1 = 2 أوم وفي نفس الضلع تصبح المقاومة التي أوجدناها على التوازي مع المقاومة 2 أوم فتكون المقاومة المكافئة لهما : 1/م = 1/م1 + 1/م2 = 1/2 + 1/2 = 1 م = 1 أوم فيصبح الشكل كما في الرسم التالي : الخطوة الثانية : نختار نقطة تفرع من نقطتي التفرع أ أو د في الدائرة ثم نفترض عند هذه النقطة تيارات داخلة وتيارات خارجة في معظم المسائل تكون هذه الخطوة جاهزة ، كما في المسألة التي نحلها الخطوة الثالثة : نطبق قانون كرشوف الأول عند هذه النقطة ..... وتكون المعادلة الأولى ولتكن عند النقطة أ كما يلي: ت1 = ت2 + ت3 ---------- 1 الخطوة الرابعة ، والخطوة الخامسة : نختار حلقتين مسارين مغلقين من أصل ثلاث حلقات في الدائرة فإما أن نختار .... الحلقة اليمنى أ ب جـ د أ والحلقة اليسرى أ و هـ د أ أو نختار الحلقة اليمنى أ ب جـ د أ والحلقة الكبيرة ب و هـ جـ أو نختار الحلقة اليسرى أ و هـ د أ والحلقة الكبيرة ب و هـ جـ وبعد الاختيار نفترض لكل منهما نفترض اتجاه موجب للتيار أما مع عقارب الساعة أو ضد عقارب الساعة ثم إن كان التيار في نفس اتجاه التيار الذي افترضناه كان التيار موجب وإن كان التيار عكس الاتجاه التيار الذي افترضناه كان التيار سالب وكذلك ... إن كان اتجاه التيار الذي افترضناه يخرج من القطب الموجب للمولد كانت قم موجبة وإن كان اتجاه التيار الذي افترضناه يخرج من القطب السالب للمولد كانت قم سالبة ثم نطبق عليهما قانون كرشوف الثاني ... فتكون لدينا المعادلة الثالثة والرابعة إذا سنطبق قانون كيرشوف الثاني على الحلقة اليمنى أ ب جـ د أ ثم والحلقة اليسرى أ و هـ د أ : أ الحلقة اليمنى أ ب جـ د أ وليكن الاتجاه الموجب عكس عقارب الساعة مجموع قم = مجموع م ت 6 = 3 ت1 + 4 ت2 ----------- 2 ب الحلقة اليسرى أ و هـ د أ وليكن الاتجاه الموجب عكس عقارب الساعة 3 – 2 = 1 ت3 – 4 ت2 ====> 1 = ت3 – 4 ت2 ----------- 3 وبالتعويض في 2 عن قيمة ت1 من 1 : 6 = 3 ت2 + ت3 + 4 ت2 ====> 6 = 3 ت2 + 3 ت3 + 4 ت2 ====> 6 = 3 ت3 + 7 ت2 ------- 4 وبحل المعادلتين 3 و 4 بطريقة الطرح : 1 = ت3 – 4 ت2 بضرب هذه المعادلة بمعامل ت 3 في المعادلة الثانية وهو 3 3 = 3 ت3 – 12 ت2 ====> أ 6 = 3 ت3 + 7 ت2 بضرب هذه المعادلة بمعامل ت 3 في المعادلة الآولى وهو 1 6 = 3 ت3 + 7 ت2 ====> ب وبطرح المعادلتين الناتجتين أ و ب : 3 = 3 ت3 – 12 ت2 6 = 3 ت3 + 7 ت2 ــــــــــــــــــــــــــــــــــــ –3 = –19 ت2 =====> ت2 = 0.158 أمبير واتجاهه صحيح وبالتعويض في المعادلة 2 لإيجاد ت1 6 = 3 ت1 + 4 × 0.158 ====> 6 – 0.632 = 3 ت1 =====> ت1 = 1.79 أمبير واتجاهه صحيح ومن المعادلة 1 نوجد ت3 ت3 = ت1 – ت2 = 1.79 – 0.158 = 1.632 أمبير. واتجاهه صحيح ---------------------------------------------------------- مسألة 2 : من الشكل التالي أوجد مقدار شدة التيار ت . نطبق قانون كيرشوف الأول ت = 1.5 + ت1 ------ 1 نطبق قانون كيرشوف الثاني على الدائرة لاحظ أنها دائرة وحيدة ج قـم = ج ت × م 6 – 3 = 1.5 × 2 - 4 ت1 ======> 3 = 3 - 4 ت1 ===== ت1 = صفر ÷ 4 = صفر أمبير من 1 نحسب ت : ت = 1.5 + ت1 = 1.5 + صفر = 1.5 أمبير |
رد: سلسلة المُساعد(14): شرح ومناقشة " مقدمة لأنواع المغناطيس واستخداماته "
مقدمة لأنواع المغناطيس واستخداماته : أنواع المغناطيس 1- مغناطيس طبيعي يستخرج من الأرض هو المعروف بأكسيد الحديد المغناطيسي Fe3O4 ، كما أن الأرض نفسها عبارة عن مغناطيس عملاق ، وكذلك الشمس والنجوم الأخرى ومعظم الكواكب. فعطارد والزهرة والمريخ لها مجالات مغنطيسية أضعف من المجال المغنطيسي الأرضي ، أما زحل والمشتري ونبتون وأورانوس فمجالاتها وأغلفتها المغنطيسية أقوى نسبيًا مقارنة بالمجال أو الغلاف المغنطيسي الأرضي . [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet1.swf]WIDTH=400 HEIGHT=450[/flash] http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet1.swf 2- مغناطيس صناعي وهو الذي يقوم بصنعه الإنسان ويتم ذلك بثلاث طرق هي : ( أ ) في المعمل حيث يصهر الحديد ثم يصب في قوالب معرضة لمجال مغناطيسي قوي فتتشكل ثنائيات الأقطاب في الحديد ( حرة الحركة ) بتأثير المجال المغناطيسي ويصبح القالب بعد تجمده عبارة عن قضيب من المغناطيس . [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet11.swf]WIDTH=400 HEIGHT=450[/flash] http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet11.swf ( ب ) بالدلك كما يحدث عندما تدلك قطعة من الحديد بقضيب من المغناطيس باتجاه واحد فتنتظم الثنائيات مؤقتا . ( جـ ) المغناطيس الكهربائي : يلف سلك موصل ومعزول حول قضيب من الحديد المطاوع ويمرر التيار الكهربائي في السلك , ( الحديد المطاوع : هو أنقى أنواع الحديد ويتميز بأنه قوي الصلابة ونحصل عليه بتقليل نسبة الكربون في الحديد ، ويتميز بأنه يكتسب المغنطه بسهوله عند غلق الدائرة وسرعان ما يفقدها عند فتح الدائرة ) . http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet1.gif http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet2.gif http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet3.gif http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet4.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet5.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet6.jpg في الملف التالي تجربة لصنع مغناطيس صناعي : http://www.phys4arab.net:80/uploood/naser/magnet.pdf أضغط بزر الفأرة الأيمن ثم أختر حفظ بإسم ملاحظة : الذي يحدث في جميع الحالات السابقة هو انتظام ثنائيات الأقطاب في القطعة بعد مغنطتها ، http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet4.gif http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet1.jpg [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet3.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash] http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet3.swf ولعلكم تتساءلون ، كيف تتشكل ثنائيات الأقطاب ، يقول الأستاذ / الفريد في إحدى درره : تشكل ثنائيات الأقطاب يعود ذلك إلى ميكانيكا الكم و مبدأ اللايقينية ، و سببه وجود إلكترونات غير متزاوجة في مداراتها و عندما نعرضها لمجال مغناطيسي قوي فإننا نؤثر عليها ليكون عزمها المغناطيسي في نفس الاتجاه و تحافظ على ذلك عند تصلبها ، و لكنها تكون مغانط ضعيفة و دائمة . زيادة توضيح :: الإلكترون له أربعة أعداد كمية : عدد الكم الرئيسي و هو رقم المدار الذي يوجد فيه الإلكترون و عدد الكم الفرعي [ s, p , d, f] و عدد الكم المغزلي و هو دوران الالكترون حول نفسه ( مع عقارب الساعة أم ضدها ) و عدد الكم المغناطيسي ( يصف دوران الالكترون حول النواة ) و ترتبط قيمته بقيمة عدد الكم الفرعي أي بشكل المدار و عدد الكم الرئيسي أي قربه و بعده عن النواه و هل يتحرك في المدار باتجاه عقارب الساعة أم ضدها .. و حسب قاعدة هُند أنه لا يمكن لإلكترونين لهما نفس أعداد الكم فإذا وجد إلكترونين في نفس المدار فإنها يختلفان في عدد الكم المغناطيسي بحيث أحدهما يلغي الأثر المغناطيسي الناشيء عن حركة الآخر ... و لذلك المادة القابلة للتمغنط لابد و أن توجد بها إلكترونات مفردة ... (( الالكترون يعتبر شحنة متحركة و بالتالي ينشأ عنه مجال مغناطيسي )) ويقول كذلك الأستاذ / إحسان في إحدى درره : يقصد بثنائيات القطب ليس أقطاب المغناطيس المرئية لنا ، وإنما هي داخل المادة . نفصل في هذا الموضوع قليلاً : حركة الإلكترونات حول النواة مدارية ومغزلية ، الحركة المدارية ( الفلكية ) تشبه بحركة تيار كهربائي في حلقة مغلقة من موصل ، أما الحركة المغزلية فهي ( دوران الإلكترون حول نفسه ) تشبه بمغناطيس صغير جداً له عزم مغناطيسي محدود . في بعض المواد تكون اتجاهات هذه المغنطيسات بحيث تلاشي تأثير بعضها البعض ، ويبقى تأثير الحركة المدارية . بعض المواد تأخذ هذه المغنطيسات الصغيرة اتجاهاً يكون لمحصلة عزومها المغناطيسية قيمة . العزم الكلي للذرة هو محصلة العزوم المغناطيسية الناشئة عن مجموع الحركتين المدارية والمغزلية . المادة غير الممغنطة ترتيب الذرات عشوائي يؤدي إلى انعدام العزم المغناطيسي الكلي . في المواد الفيرومغناطيسية ( كالحديد ) العزم المغناطيسي للذرة الناشئ عن الحركة المغزلية كبير جداً بسبب وجود إلكترون واحد في أكثر من مدار من المدارات الخارجية للذرة . من خصائص هذه المواد أن الذرات تتجمع في مناطق ( دومينات ) ، وتكون ذرات كل منطقة مرتبة فيما بينها بحيث تكون محصلة عزومها المغناطيسية في اتجاه واحد . المادة غير الممغنطة يكون توزيع المناطق فيها عشوائي ، بحيث ينعدم العزم المغناطيسي للمادة . عند وضعها في مجال مغناطيسي خارجي فإنه يرتب جميع هذه المناطق في اتجاهه فيكون العزم المغناطيسي كبيرجداً . هذه الدومينات هي ما سماه الكتاب بثنائيات القطب . علماً أني لي ملاحظة على رسمة الكتاب بوضعه ثنائيات كهربائية وليست ثنائيات مغناطيسية . تذكير بمعلومات عامة عن المغناطيس : للمغناطيس قطبين ، الأقطاب المختلفة تتجاذب والأقطاب المتشابهة تتنافر , وسبب ذلك هو وجود كل منهما في مجال الآخر مما يُخضع كل منهما لقوة مغناطيسية تعمل على تحركيه نحو الآخر . [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet12.swf]WIDTH=400 HEIGHT=450[/flash] http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet12.swf [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet4.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash] http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet4.swf [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet3.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash] http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet3.swf http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet2.jpg [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet2.swf]WIDTH=400 HEIGHT=450[/flash] http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet2.swf ولا يمكن الحصول على مغناطيس ذي قطب واحد ( لهذا يسمى المغناطيس ثنائي القطب ) أقسام المواد انجذابها للمغناطيس : تنقسم المواد في انجذابها للمغناطيس إلى قسمين وهي : 1 - مواد مغناطيسية : وهي المواد التي تنجذب للمغناطيس القوي والضعيف مثل الحديد والكوبالت والنيكل . 2 - مواد غير مغناطيسية : وهي المواد التي لا تنجذب إلا للمغناطيس القوي مثل النحاس والألمونيوم . استخدامات المغناطيس : 1 - بعضها تُلصق بفلزات معينة، مما يجعلها مفيدة في صنع أدوات الربط والمزالج 2 - يتطلب تشغيل الأدوات والأجهزة والقطارات، التي تعمل بالكهرباء، استخدام المغانط، حيث تتكون كل المحركات الكهربائية أساسًا من موصل كهربائي دوار، موضوع بين قطبي مغنطيس ثابت. 3 - تستخدم مغانط ضخمة في تحريك الخُرد الحديدية والفولاذية. 4 – تقوم المغانط بتخزين الأصوات والصور على الشرائط السمعية والبصرية. وتساعد مغانط في الهواتف والراديوهات وأجهزة التلفاز في تغيير النبضات الكهربائية إلى أصوات 5- يستخدم العلماء مغانط قوية للاحتفاظ بالغازات في بحوث الطاقة النووية. وبعض الأحجار والمعادن والنيازك مغانط طبيعية. والأرض نفسها مغنطيس عملاق، وكذلك الشمس والنجوم الأخرى ومعظم الكواكب. وتحتوي بعض الحشرات والطيور والأسماك على مغانط صغيرة جدًا في أجسامها. ويعتقد علماء الأحياء أن هذه المغانط قد تساعد الحيوانات على استكشاف مساراتها أثناء هجراتها. |
رد: سلسلة المُساعد(15): شرح ومناقشة " المجال المغناطيسي"
المجال المغناطيسي تعريف المجال المغناطيسي: المنطقة المحيطة بهذا المغناطيس والتي يظهر فيها أثر هذا المغناطيس . [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet10.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash] http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet10.swf [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet13.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash] http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet13.swf تمثيل المجال المغناطيسي: ويمثل المجال المغناطيسي بخطوط وهمية تسمى خطوط المجال المغناطيسي ( خطوط الحث المغناطيسي ) ، وتشكل بجموعها ما يعرف بالطيف المغناطيسي . و من مقطع الفيديو التالي يمكنك مشاهدة المجال المغناطيسي بواسطة برادة الحديد وفي الرابط التالي مقطعين فيديو " لتمثيل المجال الكهربائي بطريقتين مختلفتين : http://www.phys4arab.net:80/uploood/naser/magnet.rar http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet8.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet9.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet10.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet11.jpg خطوط المجال المغناطيسي : هي خطوط وهمية يدل اتجاهها عند أي نقطة على اتجاه المجال ، وتخرج من القطب الشمالي وتدخل إلى القطب الجنوبي ، ويتناسب عددها ( عدد خطوط المجال المغناطيسي) تتناسب طرديا مع شدة المجال المغناطيسي . ولاحظ أنه لا يمكن أن تتقاطع خطوط المجال المغناطيسي وسبب ذلك هو لأنه لا يمكن أن يكون لخطوط المجال أكثر من اتجاه عند نفس النقطة ، وبمعنى آخر تشابه اتجاه محصلو القوى عند أي نقطة في المجال . http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet12.jpg اتجاه المجال المغناطيسي : من القطب الجنوبي إلى القطب الشمالي لإبرة مغناطيسية حرة معلقة في تلك النقطة . [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet5.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash] http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet5.swf [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet6.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash] http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet6.swf [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet7.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash] http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet7.swf شدة المجال المغناطيسي : شدة المجال المغناطيس: هي القوة التي يؤثر بها المجال المغناطيسي على وحدة الشحنات الكهربائية الموجبة التي تتحرك بوحدة السرعات عند تلك النقطة في اتجاه عمودي على اتجاه المجال ، ويرمز لشدة المجال المغناطيسي بالرمز ( حم ) ويقاس بوحدة التسلا . التسلا : هي شدة المجال المغناطيسي الذي يؤثر بقوة مقدارها واحد نيوتن على شحنة موجبة مقدارها واحد كولوم تتحرك بسرعة واحد متر في الثانية في اتجاه يصنع زاوية قائمة مع اتجاه المجال دلالة اتجاه المجال المغناطيسي على الرسم : الرمز "نقطة" (.) ويعني أن المجال خارج من الورقة بإتجاه عمودي . الرمز "ضرب" (×) ويعني أن المجال خارج من الورقة بإتجاه عمودي . المجال المغناطيسي المنتظم : هو مجال ثابت الشدة ( القيمة ) والإتجاه ، وتكون خطوطه عبارة عن مستقيمات شبه متوازية ( وبمعنى آخر هو المجال الذي تكون كثافة فيضه متساوية المقدار موحدة الاتجاه عند جميع النقاط الواقعة فيه ). أمثلة على المجال المغناطيسي المنتظم : المجال المغناطيسي بين قطبي مغناطيس على شكل حرف U المجال المغناطيسي بين قطبين مختلفين المجال المغناطيسي الأرضي في مساحة محددة ( كأي مدينة مثلا ) . ملاحظة : المجال المغناطيسي غير المنتظم ، هو مجال متغير الشدة أو الاتجاه أو الشدة والاتجاه معا . المجال المغناطيسي للأرض . كما ذكرنا في الدرس السابق أن الأرض نفسها عبارة عن مغناطيس عملاق ، وكذلك الشمس والنجوم الأخرى ومعظم الكواكب ، فالأرض مغنطيس ذو قطبين يسميان القطب المغنطيسي الشمالي ( يقع في الجنوب الجغرافي للأرض ) والقطب المغنطيسي الجنوبي ( يقع في الشمال الجغرافي للأرض ) ، مع ميلان بسيط . [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet9.swf]WIDTH=400 HEIGHT=450[/flash] http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet9.swf [flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet8.swf]WIDTH=400 HEIGHT=450[/flash] http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet8.swf http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet5.gif http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet3.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet7.jpg |
رد: سلسلة المُساعد(16): شرح ومناقشة " المجال المغناطيسي لبعض أشكال التيار "
1 مرفق
قبل البدء في الشرح إليكم هذا " المُجلد الذهبي "
حجمه 15.5 م.ب ، يحتوي على 25 ملف ( فلاشات ومقاطع فيديو ) توضح بشكل راااااائع المجال المغناطيسي لبعض أشكال التيار و بصراحة تغنيكم عن قراءة هذا الموضوع ، وتساعدكم في الشرح . رابط تحميل " المُجلد الذهبي " في المرفقات ( انسخ الرابط في شريط المتصفح ثم أضغط إنتر ) V V V V V V |
رد: سلسلة المُساعد(16): شرح ومناقشة " المجال المغناطيسي لبعض أشكال التيار "
المجال المغناطيسي لبعض أشكال التيار مقدمة http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet1_1.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet1_2.jpg هانز كريستيان أورستد فيزيائي وكيمائي دنمركي ( الشيء بالشيء يذكر ، ألا لعنة الله على الدانمارك ) أرسى قواعد علم الكهرومغناطيسية ، ففي عام 1820م أكتشف أورستد أن أي موصل يحمل تيارًا كهربائيًا يُحاط بمجال مغنطيسي ،( أي أن المغانط ليست المصدر الوحيد للمجال المغناطيسي ) فعندما أحضر أورستد إبرة ممغنطة ووضعها بالقرب من سلك يمر به تيار كهربائي تحركت الإبرة، ونظرًا لأن الإبرة الممغنطة لا تتحرك إلا بتأثير قوة مغنطيسية فإن التجربة أوضحت أن التيار الكهربائي ينتج مجالاً مغنطيسيًا . http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet1_3.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet1_4.jpg |
رد: سلسلة المُساعد(16): شرح ومناقشة " المجال المغناطيسي لبعض أشكال التيار "
المجال المغناطيسي للتيار المستقيم سببه : عندما يسري تيار كهربائي في سلك فإنه ينتج مجال مغناطيسي حول السلك . http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet_10.gif http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet_01.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet_03.jpg تجربة لمشاهدته : تجربة تخطيط المجال المغناطيسي لتيار كهربائي مستمر يمر في سلك مستقيم . الأدوات : ورق مقوى – بوصلة – سلك معزول – أميتر – مفتاح كهربائي – بطارية – برادة حديد – ريوستات خطوات العمل : 1- نصل دائرة كما بالشكل http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet_24.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet_02.jpg 2- نرتب مجموعة البوصلات حول السلك ونلاحظ أنها تشير إلى اتجاه الزوال المغناطيسي الأرضي 3- نغلق الدائرة حتى يمر تيار مناسب خلالها ونلاحظ اتجاه الأقطاب الشمالية للبوصلات 4- نفتح الدائرة ونبعد البوصلات ثم ننثر برادة الحديد حول السلك – نقفل الدائرة ونطرق لوح الورق طرقا خفيفا 5- نفتح الدائرة ونبعد برادة الحديد ثم نرتب البوصلات حول السلك ونغلق الدائرة ونلاحظ اتجاه الأقطاب الشمالية للبوصلات لمعرفة اتجاه خطوط المجال حول السلك 6- نلاحظ أقطاب البطارية ونتعرف على تأثير اتجاه التيار على اتجاه المجال 7- نطبق قاعدة اليد اليمنى أو البريمة لماكسويل لتحديد اتجاه المجال حول السلك 8 - نرسم شكلا للمجال المغناطيسي حول السلك الاستنتاج : شكل المجال المغناطيسي : يكون على شكل حلقات مركزها السلك( دوائر متمركزة ) . http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet_08.gif http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet_09.jpg قاعدة تحديد اتجاهه : قاعدة اليد اليمنى المقبوضة و تنص على : عند لف أصابع اليد اليمنى يشير الإبهام إلى اتجاه التيار الكهربائي ، وبقية الأصابع المُلتفة تشير إلى اتجاه خطوط المجال المغناطيسي . http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet_04.gif http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet_05.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet_06.jpg العوامل المؤثرة عليه : 1- شدة التيار [ت] ( تناسب طردي ) حيث لوحظ من التجربة أنه بزيادة شدة التيار الكهربي في السلك وإعادة طرق لوح الورق المقوى يزداد تزاحم خطوط الفيض حول السلك حيث تصبح الدوائر أكثر ازدحاما ونستنتج من هذا ان شدة المجال تزداد بزيادة شدة التيار [ تناسب طردي ] 2- بعد النقطة عن مركز السلك [ف] ( تناسب عكسي ) حيث لوحظ من التجربة أن الدوائر التي تمثل خطوط المجال المغناطيسي تتزاحم بالقرب من السلك وتتباعد بتباعدها من هذا أن شدة المجال المغناطيسي للتيار تزداد بالاقتراب من السلك وتقل بالابتعاد عنه . 3- نوع الوسط المحيط بالسلك قانون حساب شدته : حم = ( μ × ت ) / ( 2 × π × ف ) μ ( معامل النفاذية ) = 4 π × 10 ^ –7 ويبر / أمبير متر إذا : حم = ( 2 × 10 ^-7 × ت ) / ف |
رد: سلسلة المُساعد(16): شرح ومناقشة " المجال المغناطيسي لبعض أشكال التيار "
المجال المغناطيسي للتيار الدائري سببه : عندما يسري تيار كهربائي في سلك دائري فإنه ينتج مجال مغناطيسي حول السلك . تجربة عملية: ( تجربة مشابهة لتجربة السلك المستقيم ، مع ملاحظة تغيير شكل السلك المستقيم إلى سلك دائري ) الاستنتاج : شكل المجال المغناطيسي : يكون على شكل حلقات مغلقة حول السلك الدائري ، ما عدا حزمة ضيقة شبه متوازية تمر بمركز السلك الدائري http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet_13.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet_14.gif قاعدة تحديد اتجاهه : قاعدة اليد اليمنى المقبوضة ( نفس قاعدة تحديد اتجاه المجال المغناطيسي للتيار المستقيم ) العوامل المؤثرة عليه : 1 – شدة التيار (ت) 2 – نوع الوسط العازل 3 – نصف قطر اللفه (نق) 4 – عدد اللفات (ن) قانون حساب شدته : حم = ( μ × ت × ن ) / ( 2 × نق ) μ ( معامل النفاذية ) = 4 π × 10 ^ –7 ويبر / أمبير متر إذا : حم = ( 2 × π × 10 ^-7 × ت× ن ) / نق |
رد: سلسلة المُساعد(16): شرح ومناقشة " المجال المغناطيسي لبعض أشكال التيار "
المجال المغناطيسي للتيار الحلزوني سببه : عندما يسري تيار كهربائي في سلك دائري فإنه ينتج مجال مغناطيسي حول السلك. http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet_16.jpg http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet_17.jpg تجربة : تجربة تخطيط المجال المغناطيسي لتيار كهربائي يمر في ملف حلزوني الأدوات : ورق مقوى – بوصلات – سلك معزول – أميتر – مفتاح كهربائي – بطارية – برادة حديد – ريوستات خطوات التجربة نصل دائرة كما بالرسم http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet_22.gif http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet_23.jpg نضع البوصلة عند أحد طرفي الملف ثم نقفل الدائرة ونلاحظ البوصلة نحرك البوصلة داخل الملف على طول محوره ونلاحظ اتجاه قطبها الشمالي ننقل البوصلة إلى الطرف الثاني للملف ونكرر ما سبق - نعكس اتجاه التيار المار ونكرر ما سبق نفتح الدائرة وننثر برادة الحديد عند طرفي الملف وعلى طول محوره من الداخل وحول الملف ثم نغلق الدائرة ونطرق لوح الورق المقوى طرقا خفيفا ونرسم شكل المجال. الاستنتاج : شكل المجال المغناطيسي : خطوط شبه متوازية داخل الملف ومنحنيات خارجه http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet_18.gif http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet_19.gif http://www.phys4arab.net/uploood/naser/magnet_20.gif قاعدة تحديد اتجاهه : تبعا لقاعدة اليد اليمنى المعكوسه ونصها : عند لف أصابع اليد اليمنى بحيث تشير الأصابع إلى اتجاه التيار والإبهام يشير إلى اتجاه المجال المغناطيسي مع ملاحظة أن اتجاه المجال يكون في داخل الملف من الجنوبي إلى الشمالي وأما في خارج الملف فيكون من الشمالي إلى الجنوبي العوامل المؤثرة عليه : 1 – شدة التيار (ت) 2 – نوع الوسط العازل 3 – طول الملف (ل) ( وليس طول سلك الملف ، انتبه ) 4 – عدد اللفات (ن) قانون حساب شدته : حم = ( μ × ت × ن ) / ( ل ) μ ( معامل النفاذية ) = 4 π × 10 ^ –7 ويبر / أمبير متر إذا : حم = ( 4 × π × 10 ^-7 × ت× ن ) / ل حم = 4 × π × 10 ^-7 × ت× نَ نَ ( عدد اللفات في المتر ) = ن / ل ن = طول سلك الملف / محيط اللفة الواحدة |
| الساعة الآن 13:57 |
Powered by vBulletin® Copyright ©2000 - 2024, Jelsoft Enterprises Ltd. TranZ By
Almuhajir